بخشی از مقاله

چکیده -

با توجه به لزوم بهره مندی از انرژی های پاک، ا ستفاده از نیروگاه های خور شیدی در حال ر شد می با شد. در این مقاله سامانه ای که برای مانیتورینگ نیروگاه های خورشیدی طراحی و تجاری سازی شده، با نام تجاری سمانیر، تشریح خواهد گردید. این سامانه از طریق پورت های RS232 یا RS485 و یا شبکه LAN به اینورترهای خورشیدی متصل می گردد. پروتکل ارتباطی سیستم سمانیر با اینورتر با توجه به نوع اینورتر مشخص می گردد و این سی ستم مدل های مختلف اینورترهای متداول موجود دربازار را پشتیبانی می کند.

از طرف دیگر این سامانه اطلاعات را بازیابی و می تواند آن را به صورت محلی نمایش داده و همچنین به سرور ارسال نماید. برای ارسال اطلاعات به سرور از طریق WiFi یا مودم GPRS و یا شبکه LAN ارتباط می تواند ایجاد شود. از طریق سرور هر کاربر صفحه شخ صی خود را خواهد دا شت و قادر خواهد بود اطلاعات مختلفی از جمله توان DC ورودی و توان AC خروجی اینورتر، فوائد زی ست محیطی، گزار شات مالی و .. را م شاهده نماید. با توجه به داده های موجود کاربر می تواند تحلیل های مختلفی از جمله میزان سایه اندازی پنل ها و یا اثر دما بر عملکرد نیروگاه وهمچنین توجیه اقت صادی نیروگاه احداث شده را بررسی و بهترین شرایط تولید را ایجاد نماید.

-1 مقدمه

منابع انرژی از مهمترین عوامل توسعه کشورها محسوب می شود. انرژی یکی از نیازهای مهم جوامع بشری می باشد که باعث رفاه اجتماعی و توسعه اقتصادی می گردد. بنابراین به دلیل افزایش روز افزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی از یک سو و افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع از سوی دیگر استفاده از انرژی های پاک را روز به روز با اهمیت تر و گسترده تر نموده است.

مفهوم انرژی های تجدید پذیر، مجموعه ای از انرژی ها و استفاده از آنها را شامل می شود، مانند انرژی بادی و یا انرژی زمین گرمایی، که از تابش نور خورشید ناشی می گردند. قابل ذکراست، انرژی های تجدید پذیر آثار مخرب زیست محیطی نداشته و در راستای توسعه پایدار می باشند. انرزی تجدید پذیر از منابع مختلفی بدست می آیند که اکثر این منابع طبیعی است. این انرژی ها عمدتا در دسترس می باشند و استفاده از آنها دارای مزایای کوتاه مدت و بلند مدتی است. انرژی های تجدید پذیر باعث کاهش آلودگی زیست محیطی می شوند و می توانند جایگزین خوبی برای فرآورده های نفتی باشند.

خورشید منبع عظیم انرژی، بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژی های دیگر است. انرژی خورشید به طور مستقیم یا غیر مستقیم میتواندبه دیگر اشکال انرژی تبدیل شود، همانند گرما و الکتریسیته. موانع اصلی استفاده از انرژی خورشیدی شامل متغیر و متناوب بودن میزان انرژی و توزیع بسیار وسیع آن است.

خورشید در هر ثانیه حدود 1000 ژول انرژی به هر متر مربع از سطح زمین منتقل میکند که با جمعآوری کردن آن میتوان انرژی مورد نیاز برای کارهای مختلفی را تأمین کرد.

برای استفاده از این منبع عظیم انرژی استفاده از نیروگاه های خورشیدی در حال رشد می باشد. در این مقاله سامانه ای که برای مانیتورینگ نیروگاه های خورشیدی طراحی و تجاری شده است، با نام تجاری سمانیر، تشریح خواهد گردید.

در بخش 2، ساختار یک نیروگاه خورشیدی تشریح شده است. در بخش 3 بلوک دیاگرام کلی سامانه مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی - سمانیر - و سخت افزار این سامانه و سرور این سامانه توضیح داده شده است. در بخش 4، تحلیل سایه اندازی بر پنل ها با استفاده از سامانه سمانیر و در بخش 5، تاثیر دما بر پنل های خورشیدی و تحلیل آن بوسیله سامانه سمانیر آمده است. در انتها نیز جمع بندی کلی ارایه گردیده است

-2 اجزای یک نیروگاه خورشیدی

نیروگاه های خورشیدی به منظور تبدیل مستقیم انرژی خورشید به برق استفاده می شوند و معمولا سیستم مکانیکی خاصی ندارند. این سیستم ها را سیستم فتوولتاییک نیز می نامند.

برای استفاده از انرژی خورشیدی از سلول های خورشیدی استفاده می کنیم. سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی حالت جامداست که درصدی از انرژی نور خورشید را، مستقیماً توسط اثر فتوولتاییک به الکتریسیته تبدیل میکند. لازم به ذکر است، جریان و ولتاژ خروجی از این پنل ها DC می باشد. این پنل ها طوری ساخته شده اند که در برابر همه سختی های محیطی مانند سرمای شدید قطبی، گرمای بیابان، رطوبت استوایی و بادهای شدید مقاومت می کنند با این حال جنس این وسایل از شیشه بوده و در اثر ضربات سنگین ممکن است بشکنند.

پنل های خورشیدی باید در یک مکان مناسب نصب شوند و در معرض تابش نور مستقیم خورشید قرار بگیرند. این پنل ها با توجه به توان نیروگاه با هم سری می شوند.

خروجی پنل به اینورتر متصل میگردد. اینورتر خروجی DC پنل ها را بهAC تبدیل می کند. با توجه به استاندارد هر کشوری خروجی AC اینورترها قابل تنظیم می باشد. در نهایت نیز برق AC تولید شده به کنتور هوشمند دوطرفه متصل می گردد و این کنتور برق را به شبکه تزریق می کند. در تمام مراحل محافظت هایی برای جریان کشی بالا و کاهش ولتاژ انجام می گیرد. زمانی که ولتاژ ورودی اینورتر از مقدار مشخصی کمتر شود، اینورتر خروجی را قطع می کند. شکل 1 اجزای یک نیروگاه خورشیدی را نشان می دهد.

شکل :1 اجزای یک نیروگاه خورشیدی[4]

-3 ضرورت اجرای مانیتورینگ در نیروگاههای خورشیدی

همهی اینورترهای متصل به شبکه دارای قابلیت مانیتورینگ محلی و آنلاین هستند. در بعضی موارد اینورترها دارای یک نمایشگر کوچک بر روی خود اینورتر میباشند تا هم کدهای خطای احتمالی و هم عملکرد کلی آن را نمایش دهد.

در اینورترها با توان پایینتر نمایشگری وجود ندارد. به عنوان مثال در برخی ازمدل اینورترهای شرکت SMA سری Excellent Economic ویا SUNNY BOY نمایشگروجود ندارد. کاربر برای مانیتورینگ اینورتر باید از پورت های خروجی آن استفاده کند.

در همه اینورترهای متصل به شبکه پورتهای خروجی در نظر گرفته شده است تا بتوانیم وضعیت اینورتر و مقادیر ورودی و خروجی را مشاهده کنیم. این اینورترها دارای پورتهای صنعتی با پروتکلهای مشخص هستند. بسته به نوع و برند اینورترها نوع پورت خروجی متفاوت است. به عنوان مثال در اینورتورهای Growwat پورتهای خروجی سریال هستند که هم شامل RS485 و RS232 می باشند.

پورتهای خروجی برای ارسال دستورات تنظیم پارامترهای اینورتر و مانیتورینگ دیتای آن بکار میرود. در اینورتورهای متصل به شبکه درصورتیکه مشکلی در خروجیها بوجود آید، می توانیم از طریق سیستم مانیتورینگ مطلع شویم و نسبت به رفع آن اقدام کنیم. دمای اینورتر یکی از مهمترین مشخصههای اینورتر میباشد. در برخی موارد بالارفتن دمای اینورتر موجب صدمه به آن شده است. در این سیستم اگه دمای اینورتر از حدمجاز تجاوز کند سامانه سریعا از طریق ارسال پیامک و ایمیل به کاربر اطلاع می دهد.

اینورتر های متصل به شبکه چون همواره به شبکه برق متصل هستند، در خروجی و ورودی دارای مدارات جانبی بمنظور محافظت از شبکه و اینورتر می باشند. به مرور زمان و با توجه به نوسانات شبکه این مدارات دچار اختلال می شوند و امکان دارد عملکرد اینورتر مختل شود. از جمله این اشکالات افزایش سطح ولتاژ خروجی و تغییرات فرکانس شبکه است. در اجرای نیروگاههای سولار بعضا مشاهده شده است که مجری، افزایش توان ورودی در ماههای پرتابش و سرد سال را در نظر نمی گیرد - توان اینورتر از توان پنل های نصب شده کمتر می باشد - . این اتفاق باعث صدمه شدید به اینورتر می گردد. حال اگر سامانه مانیتورینگ اجرایی گردد در زمانی که این حادثه و حوادث مشابه اتفاق بیافتد سریعا سیستم از طریق کد خطای اینورتر مطلع شده و به کاربر و یا شرکتی که وظیفه تعمیر و نگهداری را برعهده دارد اطلاع می دهد.

شکل :2 نحوه ارتباطات سامانه سمانیر

اینورترهای متصل به شبکه چون همواره به شبکه متصل می باشند، سیستم مانیتورینگ می تواند ولتاژ شبکه و فرکانس خروجی برق شهر را نیز اندازه گیری کند. شرکت های توزیع برق با داشتن پنل مدیریتی می توانند علاوه بر مانیتورینگ اینورتر، مشخصات شبکه برق را نیز مشاهده نمایند. تزریق برق به شبکه می تواند در برخی مواقع موجب بروز مشکلات ناخواسته ای گردد. با اجرایی شدن این سامانه شرکت های توزیع برق می توانند به صورت آنلاین اینورترها را روشن و یا خاموش نمایند و در برخی موارد خاص از تزریق برق به شبکه جلوگیری کنند.

-4 سامانه سمانیر

سامانه سمانیر کار مانیتورینگ کلیه پارامترهای مورد نیاز یک نیروگاه خورشیدی را انجام می دهد. این سامانه از طریق پورت های RS232 یا RS485 و یا شبکه LAN به اینورتر متصل می گردد. مطابق با شکل 2، این دستگاه از طریق پروتکل های Modbus RTU و MODBUS TCP به اینورتر متصل می گردد. به وسیله این سامانه کاربر قادر خواهد بود که هم داده هایی را به منظور مانیتورینگ مشاهده کند و هم دستورات کنترلی را به اینورتر ارسال نماید. پروتکل ارتباطی سیستم سمانیر با اینورتر با توجه به نوع اینورتر مشخص می گردد.

مانیتورینگ اطلاعات اینورتر می تواند به صورت محلی و یا از طریق اینترنت نمایش داده شود. کاربر می تواند از طریق این سامانه ولتاژ و جریان و توان تولیدی هر رشته پنل را به صورت آنلاین مشاهده کند و در صورتی که توان تولیدی از مقادیر مورد انتظار کمتر بود سریعا مشکل بوجو آمده را رفع نماید.

شکل :3 جایگاه سمانیر در نیروگاه خورشیدی

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید