دانلود رایگان راهنماي طراحی سیستم هاي فتوولتاییک

معرفی سیستم خورشیدی (فتوولتائیک)

به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک یا سیستم خورشیدی گویند. تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (نیم وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه‌اندازی شده که با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده می‌شود.

از سری و موازی کردن سلول‌های آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. همچنین به یک مجموعه از سلول‌های سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک می‌گویند. در حقیقت این پنل‌ها مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی هستند. از مزایای پنل‌های خورشیدی می‌توان به کم‌هزینگی، بی‌سر و صدا بودن آنها اشاره کرد. همچنین این پنل‌ها بدون آلایندگی می‌توانند نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

انواع سیستم های خورشیدی

سیستم های فتوولتاییک می توانند به سیستم های متصل به شبکه و مستقل از شبکه گروه بندی شوند.

در سیستم های مستقل، سیستم انرژی خورشیدی باید متناسب با انرژی الکتریکی مورد نیاز باشد. وجود یک ذخیره ساز (باتری) برای این سیستم ها یک الزام می باشد.

در سیستم های متصل به شبکه، شبکه ی برق نقش ذخیره ساز را بازی می کند.

اولین کاربرد با توجیه اقتصادی برای سیستم فتوولتاییک، سیستم مستقل مي باشدكه مناسب برای کشورهای در حال توسعه به دلیل کثرت  مناطقی که دارای سکنه بوده یا نیازمند به تجهیزات مرتبط هستند ولی فاقد شبکه ی برق می باشند.

سیستمهاي فتوولتاییک متصل به شبکه:

 به منظور تقویت شبکه ي سراسري برق و جلـوگیري از فشـار الکتریکـی وارده بـر نیروگـاه هـا در طـی روز، اسـتفاده از سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه سراسري برق به صورت متمرکز و یا غیرمتمرکز از جمله راه حل هاي ایـن مشـکل میباشد. امروزه سیستمهاي فتوولتاییک متصـل بـه شـبکه در بسـیاري از کشـورهاي جهـان در واحـدهاي کوچـک از 1 کیلووات الی 5 کیلووات در بام منازل مسکونی و در واحدهاي بزرگتر به صورت نیروگاه هاي فتوولتاییک نصب و راه انـدازي شده است. از مزایاي این سیستم میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

• نصب و راه اندازي آسان
• بازدهي بالا
• عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده
• عدم نیاز به باتري جهت ذخیره انرژي الکتریکی

طراحی سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه، به گونه اي است که همزمان و به طور موازي با شبکه ي برق سراسـري توان تولید مینمایند.

یکی از اجزاء اصلی سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه، مبدل الکترونیک قدرت است کـه بـرق DC  تولیدي توسط آرایه هاي فتوولتاییک را متناسب با ولتاژ و فرکانس شبکه به برق AC تبدیل نموده و در صـورت عـدم نیاز، به طور خودکار انتقال نیرو را قطع مینماید.

به طورکلی ارتباطی دو جانبه میان سیسـتم هـاي فتوولتاییـک و شـبکه ي برق وجود دارد، به نحوي که اگر برق DC تولیدي توسط سیستم هاي فتوولتاییک بیش از نیاز بـار مصـرفی محلـی باشـد مازاد آن به شبکه ي برق سراسري تغذیه میگردد و در هنگام شب و مواقعی که به دلایـل اقلیمـی امکـان اسـتفاده از نـور خورشید وجود ندارد، بار الکتریکی مورد نیاز سایت توسط شبکه ي برق سراسري تأمین میگردد.

همچنین در کاربردهـاي متصل به شبکه در صورتی که سیستم فتوولتاییک به دلیل تعمیرات از مدار خارج گردد، برق مورد نیـاز مصـرف محلـی از طریق شبکه ي برق سراسري تأمین خواهد شد.

نکته مهمی که در این واحدها باید رعایت شود این اسـت کـه اگـر بـه هـر دلیلی شبکه ي سراسري قدرت قطع شود، واحد خورشیدي نیز باید تولید را متوقف سازد و بارهـاي مصـرفی قطـع شـوند. شکل زیر طرحی از سیستم فتوولتاییک متصل به شبکه ي برق بدون باتري ذخیره ساز را نشان میدهد.

همانگونه که در شکل فوق مشاهده میشود، جهت شارش توان بین شبکه ي سراسري و واحد خورشیدي به صـورت دو طرفه میباشد.

این دو طرفه بودن تبادل توان به این معنی است که در صورت بیش از حد بـودن تـوان تولیـدي واحـد خورشیدي، بخشی از آن صرف بار میشود و باقیمانده ي آن به شبکه ي سراسري تزریق میشود و در صورت کمبـود تـوان و یا عدم تولید توان توسط واحد خورشیدي، نیاز بار از طریق شبکه برطرف میشود.

همانگونه که توضیح داده شد اگر به هر دلیل شبکه بی برق شود، واحد خورشیدي نیز بایـد تولیـد تـوان و تزریـق آنـرا متوقف سازد. این تشخیص و توقف، توسط مبدل الکترونیک قـدرت واحـد خورشـیدي صـورت مـی پـذیرد.

در برخی موارد براي افـزایش قابلیـت اعتمـاد سیسـتم، از سیسـتم هـاي ذخیـره کننده انرژي که عمدتاً باتري هستند، استفاده میشود. بنابراین سیستم هاي متصل به شبکه ي سراسري برق را میتوان به دو گروه داراي سیستم ذخیره و بدون سیستم ذخیره طبقه بندي کرد.

سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه ي برق مجهـز بـه سیسـتم ذخیـره بـه خصـوص بـراي خانـه هـاي مسـکونی و محلهاي تجاري کوچک بسیار مناسب هستند، زیرا در این سیستم ها از انرژي ذخیره شده براي بارهـاي حسـاس ماننـد: یخچال، روشنایی، آسانسور، پمپ هاي آبرسانی و غیره استفاده میشود.

در شرایط معمولی که شبکه ي سراسري برق دار است، سیستم فتوولتاییک بـراي شـارژ بـاتري و تغذیـه ي بـار محلـی انرژي تولید مینماید و در صورتیکه اضافه تولید داشته باشد به شـبکه ي سراسـري تـوان تزریـق مـی نمایـد و در صـورت کمبود تولید، توان مورد نیاز را از شبکه ي سراسري دریافت مینماید.

در هر صورت باتري و یا دیگر ذخیره سازهاي انـرژي در حالت شارژ کامل به سر میبرند. شکل بعد طرحی از سیستم فتوولتاییک متصل به شبکه ي برق داراي باتري ذخیره را نشان میدهد. همانگونـه کـه در این شکل مشخص شده است، مبدل الکترونیک قدرت توسط آرایه ي خورشیدي تغذیـه مـی شـود کـه خروجـی آن بـه باتري به عنوان ذخیره ساز انرژي بار محلی و بار حساس متصل است.

رابطه ي بین شبکه ي اصلی و واسط واحد خورشیدي (پانل اصلی) از نظر شارش توان به صورت دو طرفه مشخص شده است که همانگونه توضـیح داده شـد کمبـود و بیشـبود توان از این طریق جبران میشود.

همچنین رابطه تبادل توان بین واسط واحد خورشیدي و مبدل الکترونیک قدرت واحـد خورشیدي نیز به صورت دو طرفه میباشد زیرا در صورتیکه شبکه ي سراسري برقدار باشـد، بـاتري بایـد در شـارژ کامـل باشد اما ممکن است در این حالت به هر دلیل واحد خورشیدي هیچ تولیدي نداشـته باشـد.

بنـابراین بـراي شـارژ کـردن باتري میتوان از شبکه ي اصلی کمک گرفت. براي مثال در روزهاي بارانی که تولید توان واحد خورشیدي کـم و یـا صـفر است براي شارژ باتري از شبکه ي قدرت استفاده میشود.

در زمانی که شبکه قدرت برقدار باشد مبدل الکترونیک قـدرت، باتري را شارژ مینماید و در صورتیکه شبکه بی برق باشد این مبدل از باتري به عنـوان منبـع انـرژي اسـتفاده مـی نمایـد.

مبدل در صورت قطع شبکه اصلی، کلید بین خود و واسط واحد خورشیدي را باز و کلیـد بـین خـود و بـار حسـاس را در صورتیکه توانایی عملکرد مستقل از شبکه براي تولید فرکانس مناسب را داشته باشد، میبندد.

سیستم هاي مستقل از شبکه ي سراسري برق:

 طراحی سیستم هاي فتوولتاییک مستقل از شبکه به گونه اي است که باید مستقل از شبکه ي برق سراسري عمـل نمـوده و قابلیت تغذیه بارهاي مستقیم DC و متناوب را دارا باشد.

این واحدها مستقیماً به بار متصل میشـوند و تمـام بـار را بـر خلاف سیستم هاي متصل به شبکه تامین می نمایند. بنابراین براي طراحی اینگونه واحدها، بایستی مـدل بـار و کـل تـوان مورد نیاز بار در یک دوره شبانه روزي محاسبه شود و ظرفیت واحد و تعداد آرایه هاي فتوولتاییک بر این اسـاس محاسـبه شود.

همچنین به دلیل عدم وجود شبکه برق سراسري، تمامی توان می بایستی از طریق سیستم خورشیدی تامین شـود. از آنجایی که سیستم فتوولتاییک قابلیت تولید پیوسته توان را ندارد (شب هنگام) و میزان تولید توان آن کاملاً به شـرایط جوي وابسته میباشد (کاهش تولید در روزهاي ابري و بارانی)، براي تغذیه مناسب و مطمئن بار باید واحد فتوولتاییک بـه سیستم ذخیره ساز انرژي مجهز شود.

ظرفیت ذخیره ساز انرژي به میزان مصرف بار در ساعت هایی که تولید وجـود نـدارد، بستگی دارد. همچنین براي افزایش حاشیه امنیت، باید سیستم ذخیره ساز انرژي قابلیت تغذیه کل بـار سیسـتم را بـدون استفاده از انرژي سیستم فتوولتاییک براي چند روز داشته باشد. زیرا در صورتیکه چند روز متوالی شرایط جـوي مناسـب نباشد (چند روز ابري متوالی)، میبایست بارهاي محلی را تغذیه نماید.

شکل زیر طرح کلی یک سیستم خورشیدی مستقل از شبکه را نشان میدهد. همانگونه که دیده میشود، سیستم فتوولتاییک مجهز به باتري براي ذخیره انرژي است و قابلیت تغذیه بارهاي DC و متناوب را دارا میباشد.

در این حالت، سیستم فتوولتاییک باید مجهز به مکانیزمی براي تولید فرکانس و ولتاژ مناسب براي تغذیه بار مصرفی باشد. از جمله مزایایی که در رشد و توسعه ي سیستم هاي فتوولتاییک مجزا از شبکه نقش عمده اي دارد، میتوان بـه مـوارد زیر اشاره کرد:

• عدم نیاز به شبکه ي سراسري، سیستم انتقال شبکه و تعمیر و نگهداري آن
• عدم نیاز به سوخت و رفع مشکلات سوخت رسانی به ویژه در مناطق صعب العبور
• عدم نیاز به تعمیر و نگهداري مداوم و طول عمر مناسب

کاربرد اصلی اینگونه واحدها در مکان هایی است که شبکه ي اصـلی قـدرت در دسـترس نبـوده و یـا بـراي اتصـال بـه شبکه ي قدرت هزینه زیادي لازم است.

براي مثال در سایتهاي مخابراتی که در کوهستان ایجاد شده اند، براي تأمین برق خانه هاي مسکونی، کلبه هاي روستایی، پمپ هاي آبرسانی، روشنایی و به طور کلی رفع نیاز الکتریکی مناطقی که داراي شبکه سراسري برق نمی باشند، میتوان از سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه استفاده کرد.

در این سیستم ها از آرایه هاي نصب شده بر بام ها و یا بر زمین، یک کنترل کننده ي شارژ باتري و یک مبدل براي تأمین برق استفاده میشود.

موقعیت ایران از لحاظ جغرافیایی جهت استفاده از سیستم خورشیدی

ایران کشوری است که به گفته متخصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 5.5 – 4.5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است.

برخی از کارشناسان انرژی خورشیدی گام را فراتر نهاده و در حالتی آرمانی ادعا می‌کنند که ایران در صورت تجهیز مساحت بیابانی خود به سامانه‌های دریافت انرژی تابشی می‌تواند انرژی مورد نیاز بخش‌های گسترده‌ای از منطقه را نیز تأمین و در زمینه‌ صدور انرژی برق فعال شود.

با مطالعات انجام شده توسط DLR آلمان، در مساحتي بيش از 2000 كيلومتر مربع، امكان نصب بيش از 60000 مگاوات نيروگاه خورشيدي وجود دارد. اگر مساحتي معادل 100×100 كيلومتر مربع زمين را به ساخت نيروگاه خورشيدي فتوولتائيك اختصاص دهيم، برق توليدي آن معادل كل توليد برق كشور در سال 1389 خواهد بود.

مزایای استفاده از سیستم خورشیدی

• پاك و بدون آلودگي: در اين سيستمها انتشار گازهاي گلخانه اي از جمله دي اكسيد كربن كاملاً حذف شده است.
• بي پايان
• رايگان و در دسترس
• دوام: تكنولوژي به كار رفته در ساخت ماژول هاي فتوولتائيك از مصالح با دوامي است. متوسط عمر مفيد اين سيستمها به 25 سال ميرسد.
• هزينه هاي پايين حفظ و نگهداري: در سيستم هاي تجديد ناپذير هزينه هاي حمل ونگهداري بسيار بالاست اما در سيستمهاي فتوولتائيك بازرسي هاي دوره اي و نگهداري گهگاهي و با هزينه هاي بسيار اندك انجام ميگيرد.
• كاهش آلودگي هاي صوتي: سيستمهاي فتوولتايك بدون حركت و كاملاً بي صدا بوده و آلودگي صوتي ندارد.
• قابليت نصب و را ه اندازي در ظرفيتهاي گوناگون: اگر اين سيستم را بصورت ماژول هاي كوچك و منفرد استفاده كنيم ، براي نيازهاي بسيار ناچيز و اگر در مزرعه اي مجموعه اي از آرايشهاي گسترده فتوولتائيك را بكار بريم،نيروگاهي عظيم را ايجاد كرده ايم
• عدم وابستگي به شبكه برق شهري: به علت اين خاصيت در مناطق دور افتاده و صعب العبور بسيار مناسب است.

کاربردهای انرژی خورشیدی

به طور كلي موارد استفاده از انرژي خورشيد به صورت زير دسته‌بندي مي‌شود:

1. تامين روشنايي از انرژي خورشيدي
2. تامين انرژي الكتريسيته مصرف کننده های کوچک مانند سیستم های کنترل تجهیزات
3. چاه هاي كشاورزي
4. آب شيرين كن
5. گرمايش آب
6. گرمايش فضاي داخلي ساختمانها
7. سيستم هاي حفاظت كاتديك و …

برای کاربلد شدن باید بهترین ها را بخوانید.

همواره به یاد داشته باشید مجموعه مهندسین وب سایت کاربلدها در هر زمان در کنار شما هستند. اگر سوال یا مشکلی داشتید برای ما پیغام بفرستید تا با شما تماس بگیریم.

چنانچه نیاز به آموزش و یا انجام محاسبات یا اجرای پروژه داشته باشید می توانید از خدمات مجموعه ما با کمترین هزینه و بالاترین کیفیت برخوردار شوید.

ما از صمیم قلب معتقدیم که “به عمل کار برآید به سخنرانی نیست!” ما را در عمل محک بزنید.

به امید دیدار.

karbaladha@gmail.com

برترین موزیک های روز جهان با ترجمه فارسی و دانلود رایگان