بخشی از مقاله
چکیده
مصرف برق در سال های اخیر به دلایل متعددی نظیر رشد سریع جمعیت، توسعه شهرنشینی، افزایش سطح زندگی و رفاه، واقعی نبودن تعرفهها، تغییرات آب و هوا و توسعه صنعتی و تجاری در کشور ایران افزایش داشته است. انرژی خورشیدی به عنوان انرژی پاک به شمار می رود و میتواند بدون خطر و انتشار آلایندههای هوا به شکلهای دیگر انرژی مانند برق تبدیل گردد.
یکی از مهم ترین کاربرد های سامانه های فتوولتائیک استفاده در ساختمان ها جهت تأمین بخشی از برق مصرفی است. هدف از این تحقیق امکان سنجی تولید برق با استفاده از سامانه های فتوولتائیک خورشیدی بر روی پشتبام منازل روستایی در استان خوزستان است. نتایج نشان داد که شدت تابش آفتاب از شمال و شمال غربی به سمت جنوب و جنوب شرقی استان افزایش می یابد. میانگین سالیانه شدت تابش روزانه آفتاب در استان خوزستان از 5/13 تا 5/41 کیلووات ساعت در مترمربع به دست آمد.
با استفاده از پنل با بازده 15 درصد و 45 درصد مساحت پشت بام منازل روستایی خوزستان پتانسیل تولید 2069 گیگاواتساعت برق در سال وجود دارد که 13/12 درصد برق مصرفی خانگی کل استان در سال 1391 است. با استفاده از 50 درصد مساحت پشتبام و بازده 15 درصد برای پنل خورشیدی سرانه تولید برق خورشیدی در مناطق روستایی برابر با 1767/2 کیلووات ساعت محاسبه گردید که این مقدار 86/40 درصد سرانه مصرف برق خانگی در استان خوزستان است. نتایج نشان می دهد پتانسیل مناسبی جهت تولید برق خورشیدی در پشتبام منازل روستایی استان خوزستان وجود دارد.
-1 مقدمه:
استفاده از منابع انرژی تجدیدناپذیر به ویژه در کشورهای در حال توسعه با سطح پایین دانش فنی، نه تنها موجب آلودگی محیط زیست میگردد بلکه موجب کاهش شدید این منابع گرانبها نیز میشود . - Fadai, 2007 - همچنین با افزایش روند کنونی در مصرف انرژی، تأمین انرژی یکی از چالش های اصلی در آینده نزدیک برای کل جهان و حتی برای کشورهایی که از نظر ذخایر نفتی غنی هستند، خواهد بود . - Vine, 2008 -
این در صورتی است که منابع انرژی تجدیدپذیر میتوانند بدون محدودیت با حداقل اثرات زیستمحیطی در مقایسه با سوختهای فسیلی و هستهای، مورد استفاده قرار گیرند. بدین دلایل جایگزینی تدریجی منابع انرژی تجدیدناپذیر با منابع تجدیدپذیر یکی از مهم ترین انگیزه ها برای بیشتر کشورها بوده و به عنوان یکی از مهمترین مسائل روز دنیا میباشند به طوری که انرژیهای تجدیدپذیر در حال تبدیل شدن به منابع اصلی انرژی جهان هستند - Fadai, 2007; Hossain . - and Badr, 2007 امروزه توسعه منابع جدید و پایدار یکی از چالشهای اصلی محققین و دانشمندان برای تولید برق و گرما برای ساکنان زمین است . - Fadai, 2007 -
سهولت دسترسی به انرژی باد و خورشید در خاورمیانه نسبت به سایر انرژی های تجدیدپذیر بیشتر است. ایران در شرق خاورمیانه نه تنها از منابع سوختهای فسیلی و گاز طبیعی ارزشمند و گسترده بهرهمند است بلکه از نظر منابع انرژیهای تجدیدپذیر نیز غنی می باشد. ایران دومین کشور بهره مند از منابع مختلف انرژی در خاورمیانه است.
در کنار منابع انرژی مرسوم مانند نفت و گاز طبیعی، ایران از منابع فراوان انرژیهای تجدیدپذیر مانند خورشید، باد، زمینگرمایی و آب برخوردار است . - Fadai, 2007 - هر چند آخرین ترازنامههای انرژی ایران نشان میدهند که یک تعادل بین عرضه و تقاضای توان برقی در کشور وجود دارد ولی چنین موفقیتی در تولید توان بیشتر بر منابع انرژی مرسوم - فسیلی - استوار است. به هر حال عمر ذخایر نفتی محدود بوده و باید سهم تولید آن در آینده در نظر گرفته شود . - Ghorashi, 2007; Ghorashi and Rahimi, 2011 -
مصرف برق در کشور در سال های اخیر به دلایل متعددی نظیر: رشد سریع جمعیت، توسعه شهرنشینی، افزایش سطح زندگی و رفاه، واقعی نبودن تعرفهها، تغییرات آب و هوا و توسعه صنعتی و تجاری در کشور افزایش داشته است. مصرف برق در سال 1390 نسبت به سال 1384 از رشد 39/5 درصد برخوردار بوده است. بر اساس ترازنامه انرژی سال 1390 مصرف برق در استان خوزستان 21999 گیگاوات ساعت بوده است که مصرف بخش کشاورزی 1582/3 گیگاوات ساعت آن را شامل می شود 7/19 - درصد مصرف برق استان خوزستان - - بی نام، 1390الف - .
در استان خوزستان 4055 آبادی دارای سکنه وجود دارد که در سرتاسر استان پراکنده شدهاند - بینام، 1390ب - . انتقال انرژی به آنها علاوه بر هزینههای زیاد و ایجاد تأسیسات و تخریب محیط زیست، هدررفت انتقال انرژی را در پی خواهد داشت. در سال 1390 بخشی از انرژی برق تولید شده، در شبکههای انتقال، فوق توزیع و توزیععمدتاً به صورت گرما تلف شده است.
کل سهم تلفات شبکه انتقال و توزیع در این سال حدود 15 درصد از کل انرژی تولید و خریداری شده میباشد - بینام، . - 1390 همچنین با افزایش سطح زندگی روستایی و توسعه کشاورزی و مکانیزاسیون مصرف انرژی در حال افزایش است که نیازمند تأمین منابع انرژی در آینده خواهد بود. استفاده از منابع انرژی محلی و تجدیدپذیر می تواند جایگزین مناسبی برای تأمین انرژی در روستاها و مناطق دور افتاده باشد. استان خوزستان با توجه به موقعیت جغرافیایی خود دارای پتانسیل مناسبی از نظر انرژی خورشیدی است.
انرژی خورشیدی به عنوان انرژی پاک به شمار می رود و میتواند بدون خطر و انتشار آلایندههای هوا به شکلهای دیگر انرژی تبدیل گردد. انرژی خورشیدی به شکل مستقیم به صورت کاربردهای گرمایش و به صورت برق با استفاده از سلولهای خورشیدی استفاده میشود . - Mahvi, 2007 - یکی از مهمترین کاربردهای سامانههای فتوولتائیک استفاده در ساختمان ها جهت تأمین بخشی از برق مصرفی است. تحقیقات زیادی در این زمینه توسط پژوهشگران در نقاط مختلف جهان صورت گرفته است. در این تحقیق پتانسیل تولید برق با استفاده از سامانههای خورشیدی فتوولتائیک بر روی پشتبام منازل روستایی در استان خوزستان بررسی شده است.
-2 مواد و روشها
-1-2 تابش خورشیدی
دادههای اندازهگیری شده طولانی مدت قابل اطمینان تابش آفتاب تنها برای مناطقی که ایستگاه اندازهگیری در آن نصب شده است، وجود دارند. در مناطقی که دادهها وجود ندارند تابش آفتاب با روشهای درون یابی مناسب از دادههای ایستگاهها با شرایط آب و هوایی مشابه به دست میآیند. دادههای تابش آفتاب از سازمان هواشناسی و سازمان انرژی های نو ایران برای 17 نقطه بر اساس میانگین شدت تابش روزانه در ماه و سال تهیه گردید. میانگین تابش روزانه آفتاب برای هر ماه و سال بر اساس کیلووات ساعت بر مترمربع بر روز بیان شده است.
میانگینهای محاسبه شده برای هر ایستگاه و نقطه با توجه به مختصات جغرافیایی آن بر روی نقشه رسم گردید. طول و عرض جغرافیایی هر ایستگاه و نقطه بر اساس نظام مختصات جغرافیایی UTM تعیین گردید و با استفاده از روش درون یابی Kriging در محیط ArcGIS مقادیر برای سایر مناطق به دست آمد. استان خوزستان با مساحتی حدود 64746 کیلومترمربع، بین 47 درجه و 41 دقیقه تا 50 درجه و 39 دقیقه طول شرقی از نصف النهار گرینویچ و 29 درجه و 58 دقیقه تا 33 درجه و 4 دقیقه عرض شمالی از خط استوا، در جنوب غربی ایران واقع شده است.
-2-2 مساحت قابل استفاده پشتبام
مساحت پشت بام منازل روستایی ایران از سالنامه آماری سال 1390 تهیه گردید. جهت محاسبه مساحت قابل استفاده پشتبام منازل جهت پنل خورشیدی از رابطه - 1 - استفاده شد که در آن، CRT ضریب قابلیت استفاده نوع پشت بام که برای پشت بامهای مسطح 1 و شیروانی 0/5، CF ضریب ویژگی تصحیحی که برای پشت بامهای شیروانی جهت شومینه و موارد دیگر 0/7و برای مسطح 1 در نظر گرفته میشود، CST ضریب تصحیحی برای سامانه های گرمایی خورشیدی، CCOV ضریب پوشش به دلیل سایه که پنل های خورشیدی ایجاد میکنند - 0/45 - و CSH ضریب سایه که ساختمانهای اطراف و عوارض دیگر ایجاد میکنند. زاویه زاویه شیب بام ساختمان است که در منطقه برابر با صفر است. Sroof کل مساحت پشتبام منازل روستایی در استان خوزستان است.
-3-2 بازده تبدیل انرژی خورشیدی
در منابع و پژوهش های مختلف بازده های مختلفی برای مدول و پنل خورشیدی بیان شده است. در جدول - 1 - درصد در دسترس بودن پشتبام ساختمان و بازده پنل خورشیدی در پژوهشهای مختلف، نشان داده شده است.
