بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه تأمین انرژی مناطق دورافتاده یکی از چالشهای پیش رو میباشد، بدین منظور استفاده از نیروگاههای خورشیدی کهاساساً در ولتاژهای کم یا متوسط طراحی میشوند یک نیاز مبرم در راستای تحقق این خواسته بهحساب میآیند تا بتوان انرژی را در آینده نهچندان دور با کمترین هزینه و آلودگی در اختیار مصرفکنندگان قرارداد.
این نیروگاهها توانایی عمل کردن در دو حالت وصل به شبکه اصلی و جزیرهای - ایزوله از شبکه - رادارند. در این مقاله به بررسی تئوریهای پیشرفته در مبحث فتوولتاییک و تجهیزات پیشرفته مورداستفاده در صنعت انرژیهای نو که در جدیدترین تحقیقات به آنها دستیافتهاند، پرداخته خواهد شد و با توجه به اطلس تابش خورشیدی در این مقاله طراحی نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک 12 کیلووات در منطقهی حکیمیه تهران بررسی خواهد شد و پارامترهای مختلف از قبیل ضریب عملکرد، راندمان مفید، بازده آرایهها، چیدمان بهینه و زاویه مناسب پنل ها، با به دست آوردن مدل سهبعدی برای به حداقل رساندن اثر سایه و با اطلاعات جغرافیایی دقیق این منطقه با نرمافزار صنعتی pvsyst شبیهسازیشده است.
مقدمه:
انرژی نقش مهمی در جوامع بشری بر عهده دارد و به دلیل پیشرفت جوامع و افزایش تقاضا، استفاده کردن از سوختهای فسیلی به نهایت حد خود رسیده است. پدیدههای زیستمحیطی ناشی از این آلودگی هوا، گرم شدن کره زمین و آسیب دیدن لایه اوزون میباشد که در این صورت راهکاری جز تأمین انرژی بهوسیله انرژیهای تجدید پذیر و پاک را نداریم. از مزیتهای انرژیهای نو میتوان به پاک و بدون آلودگی بودن، بیپایان بودن - تا 5 میلیارد سال - ، رایگان و بیخطر بودن آن نام برد.
مطابق با گزارش آژانس بینالمللی انرژی [1]، امروزه بیش از یک میلیارد نفر در سراسر جهان به شبکه برق دسترسی ندارند .گزینههای مختلفی نظیر گسترش شبکه برق سراسری، ایجاد شبکهی فتوولتاییک متصل به شبکه برق و همچنین ریز شبکه بهصورت جزیرهای برای تأمین برق این افراد در نظر گرفتهشده است .بهطورکلی، گزینههای غیرمتمرکز مانند ایجاد سیستم فتوولتاییک درجایی که توسعه شبکه برق سراسری بیشازحد گرانقیمت است گزینه مناسبی میباشد.
یکی از مشکلات عمده استفاده از انرژیهای تجدید پذیر مانند سلولهای خورشیدی و توربینهای بادی، عدم تولید پیوسته توان بوده که دارای وابستگی شدید به شرایط محیطی از قبیل دمای محیط، تابش خورشید و سرعت باد میباشند؛ بنابراین برای اطمینان از تأمین انرژی الکتریکی بهطور پیوسته، استفاده از سیستم ذخیرهساز انرژی لازم و ضروری است.
چون در اثر کوچکترین نام متعادلی در سیستم فتوولتاییک فرکانس آن دچار تغییر میشود از ذخیرهسازهای انرژی برای تثبیت توان سیستم استفاده میشود، علاوه بر این، ذخیرهسازهای انرژی باعث کاهش خطاهای گذرا بهصورت جزیرهای و متصل به شبکه نیز میشود، بدین منظور از UPS ها که منبعی بدون وقفه برای تأمین توان درآن واحد و خازنها پرظرفیت که توانایی شارژ و دشارژ در حدود یکمیلیون بار را دارا هستند و شبکه را از هر نظر حفاظت میکنند استفاده میشود.
واحدهای تولیدی و شرکتهای توزیع در بازار رقابتی امروزه در آینده نزدیک شاهد کاهش سود خواهند بود چون مصرفکنندهها برق باکیفیت مطلوب و عاری از هر نوع هارمونیک را تقاضا میکنند که با استفاده از منابع تولید پراکنده میتوان بر این مشکل غلبه نمود. از این منابع بیشتر در نقاط استراتژیک، سایتهای نظامی و در سطح تولید متوسط نزدیک به بار و برای کاهش تلفات خطوط میتوان استفاده کرد .[2]
در این راستا مقالات ارزشمند مختلفی به بررسی مفاهیم فنی مختلف، برنامهریزی و بهرهبرداری منابع تولید پراکنده پرداخته است .برای مثال مرجع [3] مسائل اقتصادی و قابلیت اطمینان این شبکهها را بررسی کرده است. جایابی منابع تولید پراکنده و پروژههای تحقیقاتی آتی پیشنهادی در این زمینه در [4] بررسیشده است .
مرجع [5] به گسترش استراتژیکی منابع تولید پراکنده مبتنی بر تولید همزمان برق و حرارت در جهت افزایش قابلیت اطمینان ریز شبکهها میپردازد .در [6] برنامهریزی کوتاهمدت تولید در منابع تولید پراکنده بحث شده است. بهینهسازی چندهدفه برنامهریزی ریز شبکهها با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی و محیطزیست در [7] بررسیشده است.
انرژی موردنیاز یک سال تمام انسانها روی کره زمین برابر با یک ساعت تابش خورشید میباشد. کشور عزیزمان نیز 90 درصد خاک آن حدود 300 روز آفتابی پتانسیل خوبی در انرژی خورشیدی دارد. در این مقاله با توجه به دادههای جغرافیایی شمال شرق تهران و پتانسیل بالای این نقطه ازنظر شدت تابش و دماینسبتاً خنک، سعی شده است یک سیستم فتوولتاییک با دخیل کردن تمام جزییات طراحی شود که ابتدا در بخش اول تئوریهای پنل های خورشیدی بررسی میشود، بخش دوم توان دریافتی پنل ها، بخش سوم تنظیم زاویه مناسب پنل های نیروگاه خورشیدی بررسی میشود و در ادامه بخش چهارم اثر سایه تجزیه تحلیل میشود و در پایان نیروگاه را شبیهسازی کرده و نتایج حاصل از آن تشریح داده خواهد شد.
-1 بررسی اجزای سیستمهای فتوولتاییک
-1 -1 مدل کردن سلول خورشیدی
سیستم فتوولتاییک از پنل ها یا ماژولهای خورشیدی استفاده میکند تا انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل کند. ساختار این سلولهای فتوولتاییک بدینصورت است که از پیوند بین دولایه نازک از مواد نیمهرسانا غیر متشابه تشکیلشدهاند که با عنوان نیمهرسانای نوع N وP شناخته میشوند. این سلولها بیشتر از سیلیکون، کادمیوم تولراید، واندیم مس دی سلناید ساخته میشوند. اثر فتوولتاییک در سال 1905 توسط انیشتین توضیح داده شد که بر این اساس وقتیکه یک کوانتوم انرژی نوری یعنی یک فوتون در یک جسم اثر بگذارد انرژی این فوتونها توسط الکترون جذب میشود و الکترون توانایی حرکت پیدا میکند؛ که با معادله - 1 - مشخص میشود.
E انرژی فوتون ورودی، HF انرژی مقید الکترون، k انرژی جنبشی. برای ساخت سلول خورشیدی ابتدا باید ماژول فتوولتاییک ساخته شود که با ترکیب این ماژولها سیستم فتوولتاییک به وجودمی آید. مشخصههای سلولها رامعمولاً در دمای 25 درجه سلسیوس و تابش نور خورشید برابر با 1000 w/m2 به دست میآوردند.
