بخشی از مقاله
چکیده -
بهمنظور طراحی و شبیهسازی نیروگاه فتوولتائیک، سایت مورد مطالعه - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نایین - در نرمافزار PVsyst ایجاد و پارامترهای اصلی درجه حرارت و وضعیت تابش خورشید بررسی شد. زاویه نصب بهینه ماژولها استخراج و در مرحله طراحی سیستم الکتریکی ماژول و اینورتر مورد نظر انتخاب شد. وضعیت سایهاندازی آرایهها بر روی ردیفهای عقبی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و ضریب عملکرد نیروگاه محاسبه گردید. در نهایت فضای مورد نیاز جهت نصب تجهیزات و احداث نیروگاه برآورد شد.
-1 مقدمه
استفاده مستمر و روزافزون از سوختهای فسیلی سبب بروز آسیبهای جدی به محیط زیست شده است. آلودگی هوا، افزایش گازهای گلخانهای، تغییرات آب و هوایی و ... از معایب توسعه این سوختها هستند .[1] برای حل مشکلات آلودگی محیط زیست و تحلیل منابع انرژی دو راهحل وجود دارد، راهحل اول پایین آوردن مقدار مصرف یا بهرهبرداری بهینه از منابع و راه دوم یافتن منابع انرژی جدید است . بهمنظور تحقق راه دوم و همچنین به دلیل رو به اتمام بودن منابع فسیلی، منابع انرژی تجدیدپذیر از توجه خاصی بهرهمند شده است
انرژی خورشیدی در مقایسه با سایر منابع انرژی یکی از مهمترین، قابل دسترسترین و پاکترین منابع کره زمین است .[4] از انرژی خورشید میتوان بهعنوان مادر تمام انرژیهای جهان نام برد
ایران در زمره کشورهایی است که از نظر جغرافیایی در منطقه گرم و خشک قرار داشته و بیشترین دریافت نور خورشید را در ماههای مختلف سال دارد. بهجز سواحل خزر در سراسر کشور درصد روزهای آفتابی 63 الی 98 درصد میباشد
یکی از ارکان اصلی برای توسعه تحقیقات کاربردی انرژی خورشیدی در هر منطقه، مطالعه و برآورد پتانسیل انرژی تابشی خورشیدی در آن منطقه است .[7] بنابراین زمین چند هزار متری بلااستفاده در دانشگاه آزاد اسلامی واحد نایین بهعنوان سایت مورد مطالعه انتخاب شد و طراحی و شبیهسازی نیروگاه فتوولتائیک با استفاده از نرمافزار PVsyst در این مکان انجام گرفت.
-2 روش کار
یکی از نرمافزارهای مطرح در زمینه فتوولتائیک نرمافزار PVsyst است .[1] بر این اساس ابتدا سایت مورد پژوهش در نرمافزار یاد شده ایجاد و در مراحل بعد طراحی و شبیهسازی نیروگاه انجام میشود.
2؛1؛ ایجاد سایت مورد مطالعه و بررسی شرایط اقلیمی
دانشگاه آزاد اسلامی واحد نایین که سایت مورد پژوهش میباشد، در شهرستان نایین و در فاصله 145 کیلومتری شرق مرکز استان اصفهان قرار دارد. عرض جغرافیایی 32 درجه و 87 دقیقه، طول جغرافیایی 53 درجه و 7 دقیقه و ارتفاع از سطح دریا 1580 متر مشخصات شناسایی این سایت میباشد. بهعلت عدم وجود سایت مورد نظر ابتدا باید سایت در نرمافزار ایجاد شود. شکل 1 نحوه تکمیل مشخصات سایت را نشان میدهد.
شکل :1 تکمیل مشخصات سایت
بعد از اینکه سایت ایجاد شد، مقادیر درجه حرارت و وضعیت تابش خورشید از اطلاعات ماهواره ناسا اضافه میشوند. ساعات آفتابی مهمترین پارامتر اقلیمی است که نشاندهنده میزان انرژی دریافتی مناطق از خورشید میباشد.[4] میزان تابش خورشید در نقاط مختلف ایران بین 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر متر مربع در سال تخمین زده شده است
همانطور که مشاهده میشود در تابستان و ماههای ژوئن و ژوئیه بیشترین تابش خورشید و در دسامبر و ژانویه کمترین تابش وجود دارد. میانگین تابش سالیانه در این سایت همانطور که شکل 2 نشان میدهد، 1949 کیلووات ساعت بر مترمربع میباشد که عدد مناسبی است.
هنگامی که دمای محیط بالا میرود بازده سلولهای خورشیدی پایین میآید و بر عکس .[13] همانطور که از شکل 2 قابل مشاهده است، درجه حرارت محیط نیز در وضعیت مطلوبی قرار دارد.
شکل :2 وضعیت درجه حرارت و تابش سایت
در مرحله بعد ضریب بازتاب با فرض بتونی بودن سطح زمین نیروگاه مقدار 0/3 اعمال گردید.
شکل :3 ضریب بازتاب سایت
2؛2؛ جهتیابی و بهینهسازی زاویه
یکی از راههای بیشینهکردن دریافت انرژی از خورشید تنظیم درست زاویه پنلها است .[9] در این مرحله با فرض نصب ماژولها به صورت ثابت مناسبترین زاویه نصب ماژولهای فتوولتائیک با در نظر گرفتن سه پارامتر ضریب نسبت تابش، تلفات بهینهسازی و میزان تولید به دست میآید. جدول 1 زوایای مختلف نصب ماژول و شکل 3 زاویه بهینه انتخاب شده را نشان میدهد.
جدول :1 زاویههای نصب ماژول
زاویههای 30 و 31 درجه بهینهترین زوایا میباشند که از بین این دو، زاویه 30 درجه انتخاب میگردد تا میزان سایهاندازی کوچکتری در آرایههای ردیف عقب صورت گیرد و در نتیجه ابعاد زمین احداث نیروگاه کوچکتر شود.
شکل :4 زاویه بهینه انتخاب شده
چنین موضوعی انتظار میرفت زیرا شهرستان نایین بین دو استان اصفهان و یزد قرار دارد و زوایای بهینه این دو استان به ترتیب 27/9 و 28 درجه هستند
2؛3؛ طراحی الکتریکی سیستم
ماژول و اینورتر مهمترین اجزای نیروگاه فتوولتائیک متصل به شبکه هستند. با توجه به بالا بودن هزینه اولیه این نیروگاهها طراحی بهینه اجزای اصلی نیروگاهها و مکانیابی بهینه برای احداث با در نظر گرفتن مسائل مالی، قابلیت اطمینان و استفاده بهینه از مساحت زمین نیروگاهها امری ضروری است .[10] در این مرحله باید ماژول و اینورتر مورد نظر انتخاب شوند. شکل 5 شمایی از یک نیروگاه فتوولتائیک متصل به شبکه را نشان میدهد.
شکل :7 وضعیت تابش نامی ماژول منتخب
-2-3-2 انتخاب اینورتر
طبق بررسیهای به عمل آمده و اعتبار بالای محصولات شرکت SMA آلمان اینورتر مدل Sunny Central 60 LV با توان نامی 60 کیلووات انتخاب میشود. شکل 8 مشخصات فنی اینورتر انتخاب شده را نشان میدهد.
شکل :5 شمایی از یک نیروگاه فتوولتائیک متصل به شبکه
-1-3-2 انتخاب ماژول
از قسمت انتخاب ماژول فتوولتائیک و از بین ماژولهای موجود، ماژول پلیکریستال مدل Blue270/09 - 275 - ساخت شرکت Solon AG با توان نامی 275 وات برگزیده میشود.
شکل6 مشخصات فنی ماژول انتخاب شده و شکل 7 وضعیت تابش و شکل :8 مشخصات فنی اینورتر منتخب نامی آن را نشان میدهد.
-3-3-2 بررسی وضعیت
تعداد ماژولهای مورد نیاز همانطور که از شکل 9 قابل مشاهده است 3636 عدد میباشد اما بهمنظور جبرانسازی
تلفات و همچنین یکنواخت نمودن خروجی اینورترها تعداد 4 عدد ماژول بیشتر در نظر گرفته شده و تعداد آنها به 3640 عددافزایش مییابد. تعداد اینورترهای مورد نیاز 14 دستگاه استخراج گردید. تلفات اضافه بار در این حالت %0 میباشد. با توجه به اینکه طول ماژول انتخابی 1980 میلیمتر و عرض آن 1000 میلیمتر میباشد لذا مساحت آن 1/98 متر مربع و مساحت خالص کل برای تعداد 3636 ماژول 7199 مترمربع میباشد.
