بخشی از مقاله
چکیده
ایستگاههای برق در شرایطی که جریان ACخودرا به هر دلیلی از دست بدهند جهت تامین جریان DC نظرشان از یکسری باتری هایی استفاده مینمایند این باتری ها با توجه به توان خود برقDC ایستگاه را برای روشن ماندن رله ها،میترها،کنتورهاو...به کار میروند.اما ممکن است خاموشی مدت زیادی به طول انجامد و باتری ها نتوانند جریان DCایستگاه را در مدت زیاد تامین کنند و باعث ایجاد مشکلات بیشتری شوند به طوری که میتوان گفت در صورت قطع منبع جریان DCایستگاه،رله ها و میتر ها و...خاموش شده و بریکر های ایستگاه بعد از زمان بسیار کئتاهی به صورت خودکار قطع خواهند شد.
در این مقاله به طراحی یک سیستم فتوولتاییک با استفاده از نرم افزار PVSYST خواهد پرداخت تا شرایطی که پست برق جریان ACخودرااز دست دهد بتواند تا زمانی که مشکل برطرف گرددجریان DC آن را از طریق سلول های خورشیدی تامین نماید این حالت باعث افزایش ضریب اطمینان در ایستگاههای برق شده و خاموشی های بلند مدت را کاهش میدهد.
.1 مقدمه
سیستم های فتوولتائیک ، انرژی خورشیدی را به صورت مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و در مقایسه با سیستم های سنتی تولید انرژی ، باعث آلودگی محیط زیست نمی گردند. به همین دلیل سیستم های فتوولتائیک را منابع تولید انرژی " سبز" یا "تمیز" نیز می نامند. همزمان با افزایش مشکلات ناشی از آلودگی محیط زیست و همچنین کاهش ذخایر انرژی های فسیلی ، استفاده از سیستم های فتوولتائیک در سال های اخیر به شدت افزایش یافته است.
از نظر تاریخی ، سیستم های فتوولتائیک به خاطر هزینه های بالایی که داشتند ، عموما برای تأمین توان الکتریکی مورد نیاز ماهواره ها استفاده می شدند. اما با رشد فزاینده صنعت نیمه هادی در سال های اخیر و کاهش هزینه های تولید ادوات نیمه هادی ، امروزه آرایه های خورشیدی کاربردهای گسترده ای پیدا نموده اند که یکی از آنها ، سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه است. استفاده از ادوات الکترونیک قدرت موجب بروز هارمونیک در ولتاژ خروجی سیستم فتوولتائیک می شود که بایستی این هارمونیک ها تا حد امکان حذف شوند.
سیستم های فتوولتائیک در هر مکانی که دارای پتانسیل جذب انرژی خورشیدی بالایی هستند ، قابل استفاده برای تولید انرژی الکتریکی می باشند ولی در حال حاضر با توجه به هزینه بالای تولید سلول های خورشیدی و قیمت ارزان برق تولیدی توسط سوخت های فسیلی از سیستم های فتوولتائیک در مناطق دور افتاده و با فاصله زیاد از شبکه سراسری برق مانند روستاها و مناطق مرزی استفاده می شود . یکی از دیگر کاربردهای این سیستم ها جهت روشنایی سطح معابر در شهرهاست ، که در این روش هر پایه چراغ روشنایی با توجه به توان مورد نیاز لامپ ها در طول روز ، انرژی خورشیدی را توسط سلول های خورشیدی که در بالای پایه نصب شده دریافت کرده و توسط سیستم ذخیره انرژی انرا ذخیره می کند و در شب از آن برای تامین برق لازم برای روشنایی لامپ ها استفاده می کند.
سیستم های پمپاژ خورشیدی با استفاده از سیستم های فتوولتائیک یکی از کاربردهای این سیستم ها است که در آن پمپ های خورشیدی قابلیت استحصال آب از چاه ها ، قنوات ، چشمه ها و رودخانه ها را دارند و تا پایان سال 2000 حدود 35000 پمپ خورشیدی در روستاهای فاقد شبکه سراسری برق نصب و بهره برداری شده است . سیستم های پرتابل خورشیدی یکی دیگر از کاربردهای سیستم فتوولتائیک است این سیستم ها با قابلیت جابه جایی می توانند در هر نقطه ای که از جهت جذب انرژی خورشیدی مطلوب باشد ، برای تولید برق استفاده شوند.
.2 نحوه تولید برق توسط سیستم فتوولتائیک
سلولهای فتوولتائیک به عنوان تولید کننده مستقیم جریان DC به وسیلهنور خورشید میباشند. وقتی فوتون های نور به سلول خورشیدی برخورد میکنند بهالکترونهای آزاد در کریستال سیلیکون برخورد نموده و آنها را به مدار خارجی - باتری، اینورتر و... - می راند و از سوی دیگر به سلول وارد شده تا این فرایند دوبارهتکرار شود. ولتاژ خروجی حاصل از یک کریستال حدود 0/5 ولت بوده که به طور مستقیم بامساحت سطح سلول و تقرباًی 7 آمپر به ازای یک سلول با 6 اینچ مربع مساحت که از چندکریستال چند لایه ساخته شده متناسب میباشد. به طور نمونه 30 تا 36 سلول به طور سریدر هر ماژول خورشیدی متصل میشوند که تولیدی برابر 17 ولت در حداکثر قدرت - با خروجیاسمی 12 ولت - خواهد داشت. با اتصال ماژولهابصورت سری یا موازی یک آرایه خورشیدیایجاد خواهد شد.
شکل -1 چگونگی تولید برق توسط سلول خورشیدی باتغییر شرایط محیط مانند دما و شدت نور، توان تولید شده در سلول های خورشیدی تغییر خواهد کرد که ممکن است این توان زمانی بیشتروزمانی کمتر از توان مورد نیاز بار باشد ، بنابراین نیاز به یک سیستم ذخیره سازی انرژی الکتریکی تولیدی در سلول های خورشیدی در سیستم های جدا از شبکه ضروری به نظرمی رسد تا توان مازاد تولید شده توسط سلول های خورشیدی در آن ذخیره شده و در شرایط کاهش تولید الکتریسیته مثل روزهای ابری یا شب ها، کمبود توان مورد نیاز را جبران کند .
.3 طبقه بندی سیستم های فوتوولتائیک از لحاظ نحوه تامین بار مصرف کننده
امروزه سیستم های فوتوولتائیک در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شوند و سیستم های بیشماری در سراسر جهان در حال تولید الکتریسیته می باشند و با توجه به نوع کاربرد و شرایط و نیاز مصرف کننده ، به دو دسته تقسیم می شوند.
· سیستم های مستقل از شبکه
· سیستم های متصل به شبکه
در سیستم های مستقل از شبکه همان طور که از نامشان مشخص است ، بار مصرف کننده ها را به صورت منفرد و مجزا از شبکه سراسری تامین می کنند . در حال حاضر با توجه به در دسترس بودن شبکه سراسری توزیع برق در شهرها و اغلب روستاها و ارزانی برق تولید شده توسط سوخت های فسیلی و از سوی دیگر گرانی و هزینه اولیه زیاد پنل های فوتوولتائیک ، استفاده از این سیستم ها در شرایط عادی از لحاظ اقتصادی توجیه ندارد.یکی ازکاربردهای استفاده از سیستم های خورشیدی در شرایطی می باشد که منطقه مورد نظر دور از شبکه برق سراسری باشد - مانند مناطق دور افتاده ، کوهستانی و یا مرزی - و احداث و گسترش شبکه سراسری تا آن نقطه باعث بالا رفتن تلفات خط می شود ونیز هزینه بالایی را می طلبد، در این شرایط استفاده از سیستم فوتوولتائیک دارای توجیه فنی و اقتصادی می باشد و می توان با استفاده از سیستم های فوتوولتائیک جدا از شبکه با هزینه بسیار کمتر به سادگی انرژی مورد نیاز ان منطقه را تامین کرد .
یکی دیگر ازمتداول ترین کاربردهای سیستم های متصل به شبکه علاوه برتولیدات نیروگاهی استفاده ازسیستم های فوتوولتائیک درپشت بام های منازل مسکونی جهت تولید برق می باشد . این سیستم ها در عین سادگی بسیار کارآمد بوده و به سهولت بر بام منازل مخصوصا خانه های دارای سقف شیروانی نصب شده و منازل مسکونی که به عنوان مصرف کننده توان شناخته می شدند، انرژی الکتریکی حاصل از تابش خورشید را در پنل های فوتوولتائیک به شبکه برق سراسری تزریق کرده و در نهایت میزان مصرف یک خانواده در یک دوره ، از تفاضل انرژی الکتریکی تولیدی و مصرفی آن خانواده محاسبه می گردد .
سیستمهای مستقل ازشبکه سراسری برق - - Stand Alone که در این مقاله مورد بحث ما است تا انرژی مورد نیاز یک ایستگاه برق را برآورده نماییم سیستمهای مستقل از شبکه جهت تأمین برق مورد نیاز برای یک مصرف کننده و یا یک محل که در ان مصرف کنندگان بصورت پراکنده یا مستمر نیازمند برق هستند استفاده میشود.
امروزه در جهان کاربرد های وسیعی برای استفاده از سیستمهای فتوولتائیک پیش بینی شده است که تأمین برق آنها از طریق شبکه عمومی و یا استفاده از دیزل ژنراتورها مقرون به صرفه نیست،از آن جمله میتوان بسیاری از ایستگاههای مخابراتی،تلویزیونی،رادار و اطلاع رسانی، ایستگاهای بین راهی ،حوضچههای پرورش ماهی،تأمین برق عشایر،پایگاههای نظامی و پستهای مرزی که در نقاط دور ،صعبالعبور و همچنین استراتژیک ایجاد میشوند را نام برد.از دیگر موارد استفاده این سیستم میتوان به روستاهای کم جمعیت و دور از دسترس،سیستمهایآبیاری هوشمند،پمپهای آب کشاورزی وشرب،کمپها و سایتهای موقت که برای عملیات اکتشاف ایجاد میگردند را میتوان نام برد.
شکل-2 دیاگرام سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه سراسری
شکل -3 یک سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه
