ارتقاء کیفیت زندگی شهری با استفاده از نیروگاه فتوولتائیک
نویسندگان :
خلاصه :
چکیده
سیستمهای فتوولتائیک یکی از پرمصرف ترین کاربردهای انرژی نومی۔ باشد و تاکنون سیستمهای گوناگونی با ظرفیت های مختلف
۰/۵ وات تا چند مگاوات، در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با توجه به قابلیت اطمینان ،هزینه کم و پاک بودن این سیستمها، هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده میشود. از این رو مطالعات زیادی پیرامون سیستمهای فتوولتائیک در حال انجام است. در این مقاله ابتدا یک نیروگاه خورشیدی توسط نرمافزار طراحی خورشیدی، شبیه سازی شده و سپس ارزیابی اقتصادی این نیروگاه با دیگر نیروگاهها توسط نرم افزار هامر انجام و نتایج نهایی شامل قیمت تمام شده برق تولیدی ارائه گردیده است. نتایج حاصله، حاکی از اقتصادی و زیست محیطی بودن استفاده از انرژی خورشیدی است.
کلمات کلیدی سیستم فتوولتائیک، پنل، ماژول، سلول خورشیدی، اینورتر
۱- مقدمه
اکثریت کشورهای درحال توسعه در ناحیه گرمسیری استوا قرار گرفته اند و دارای منبع کافی نور خورشیدی (کل انرژی دریافت شده از خورشید در ناحیه می باشند. همچنین مناطق گرمسیری حتی در فصول بارانی از داشتن تغییر و تحول فصلی کوتاه مدت که باعث تابش نور خورشید می شود بهره می جویند. این بدان معناست که به غیر از کشورهای صنعتی شمال، انرژی خورشید را می توان به صورت اقتصادی در کل طول سال به خدمت گرفت عبارت فتوولتائیک ترکیبی از کلمه یونانی (Photos) به معنی نور با (Volt) به معنای تولید الکتریسیته از نور است [۱] کشف پدیده فتوولتانیک به فیزیکدان فرانسوی ادوند بکوارل نسبت داده می شود که با چاپ مقاله ای تجربیات خود را با بانسری تر ارایه نمود [۲] او مشاهده نمود که ولتاژ باتری وقتی که صفحات نقره ای آن تحت تابش نور خورشید قرار می گیرند، افزایش می یابد. اما اولین گزارش از پدیده فتوولتائیک در یک ماده جامده بود توسط دو دانشمند کمبریج به نام آدامز و دای در مقاله ای به انجمن سلطنتی انجام شد [۳]. آنها تغییراتی ، را که در خواص الکتریکی سلنیوم حین تابش نور قرار
می گیرد، توضیح دادند، یک مهندس برق اهل نیویور که و به نام ادگار یک سلول خورشیدی سلنیومی ساخت که
از برخی جهات شبیه به سلولهای خورشیدی سیلیکونی ، امروزی بود [۴] . این سلول از یک ویفرنازک سلنیوم تشکیل شده بود که با یک توری از سیمهای خیلی نازک طلا و یک ورق حفاظتی از شیشه پوشانده شده بود. اما سلول ساخت او و خیلی کم بازده بود. بازده یک سلول خورشیدی عبارت از و درصدی از انرژی خورشیدی تابیده به سطح آن است که و به انرژی الکتریکی تبدیل شده باشد. کم تر از ۱٪ انرژی خورشیدی تابیده شده به سطح این سلول ابتدایی به , الکتریسیته تبدیل میشد [۵] ، با وجود این، سلول های سلنیومی سرانجام در نورسنج های عکاسی به طور وسیعی به کار گرفته شد. اولین نیروگاه خورشیدی ایران به وسیله سازمان انرژیهای نو ایران و با کمک شرکتهای مشاور و سازنده داخلی با ظرفیت یک مگاوات و سیال عامل آب و بخار در طالقان جریان دارد . در این مقاله یک نیروگاه خورشیدی توسط نرم افزار شبیه سازی طراحی و آنالیز شده و سپس ارزیابی اقتصادی آن با دیگر نیروگاهها ارایه گردیده است
۲- سیستم فتوولتائیک
به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزمهای محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند سیستم فتوولتائیک گفته میشود، به صفحهای که انرژی تایشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند، سلول با باطری خورشیدی میگویند[۶] سلولهای خورشیدی به طور عمده از سیلیسیوم ساخنه میشوند. به خاطر وجود تغییر در میزان شدت تابش پرتوهای خورشیدی در طول روز و در فصول مختلف، یک باطری به منظور ذخیره کردن انرژی الکتریکی تولیدی توسط آرایه های فتوولتائیک و به عنوان یک عامل واسط بین آرایه های خورشیدی و مصرفکنده انرژی الکتریکی برای بهره وری بیشتر مورد نیاز می باشد. یک سیستم فتوولتائیک خورشیدی، در طول روز که تابش خورشید وجود دارد، پرتوهای خورشیدی را گرد آورده و به انرژی الکتریکی تبدیل میکند، ولی زمانی که انرژی خورشیدی در حد اعلای خود موجود می باشد، به ندرت اتفاق می افتد که دقیقا منطبق با زمانی باشد که به انرژی الکتریکی نیز نیاز وافر باشد. پدیدار گشتن ابرها در آسمان نیز برای سیستم های فتوولتائیک مشکل ایجاد می کند و چنانچه ابری بودن آسمان چندین روز به درازا بکشد، انرژی الکتریکی در مقایسه با روزهای صاف آفتابی که خورشید شدت تابش بالایی دارد. میزان قابل ملاحظه ای کاهش پیدا خواهد کرد واضح است در چنین روزهایی می توان از انرژی که در روزهای صاف آفتابی تولید و ذخیره شده، استفاده کرده و انرژی الکتریکی متمرکزی را تولید نمود؛ بنابراین، اضافه کردن تجهیزات ذخیره سازی در سیستم های فتوولتائیک می تواند موجب افزایش قابلیت اعتماد سیستم برای تأمین مستمر انرژی الکتریکی نگردد. معمولا برای ذخیره سازی برق تولیدی در سیستم های فتوولتائیک با ظرفیت ۳ کیلووات به بالا از باطری استفاده می گردد ولی برخی از سیستم های کوچکتر مانند پمپ کننده های کوچک، بدون ذخیره سازی باطری طراحی می شوند. پیل با باطریهای خورشیدی تنها مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی با جریان الکتریکی از نوع مستقیم میباشند و توانایی ذخیره سازی انرژی را ندارند برق تولیدی باتریها معمولا ۲۴یا ۴۸ ولت مستقیم (DC) است که با یک اینورتر موج سینوسی به ۲۳۰ ولت متناوب (AC) تبدیل میشود. یکی از راههای ذخیره سازی در این سیستمها، استفاده از باطریهای الکتروشیمیایی میباشد از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی میتوان به جریان و ولتاز قابل قبولی دست یافت. به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل فتوولتائیک گویند. هر پنل از چندین ماژول تشکیل شده است. یک ماژول میتواند متشکل از ۳۲ سلول خورشیدی با قطر۷/۵ سانتیمتری دارای مشخصات الکتریکی زیر باشد [۷] ولتاژ نامی ۱۲ ولت، جریان نامی۱/۲ آمپر، قدرت پیک ۱۸ وات. راندمان بالها با توجه به راندمان سلول های خورشیدی و برخی افتهای دیگر از قبیل جاسازی سلول ها در سطح ینل و اتصال الکتریکی آنها، حدود ۷ الی ۱۱ درصد در دمای ۲۸ درجه سانتی گراد و شدت تابش نور خورشید ۱۰۰ میکرووات ساعت بر سانتی متر مربع، که به تام شرایط استاندارد خوانده می شود، می باشد. به مجموعه پنلهای فتوولتائیک، بک آرایه خورشیدی گفته میشود. جریان الکتریکی حاصل از پنلهای فتوولتائیک از نوع جریان و ولتاژ مستقیم میباشد.
شکل ۱: سیستم فتوولتائیک
۱-۱- مزایا و معایب سیستمهای فتوولتائیک
آلودگیهای زیست محیطی ناشی از سوختهای فسیلی و پایان پذیر بودن منابع آنها، تلاش و تحقیقات وسیعی را در به کار گیری انواع دیگری از انرژی به خصوص انرژیهای جدید، موجب شده است. انرژی خورشیدی به دلیل نامحدود بودن، در دسترس بودن و سازگاری با محیط زیست موجب شده است که سیستمهای فتوولتائیک بیشترین بازار تجاری را در زمینه کاربرد انرژیهای نو داشته باشند. بارهای از ویژگیها و مزایای سیستمهای فتوولتائیک که موجب گسترش استفاده از آنها در کشورهای مختلف شده است، در زیر بیان گردیده است ادبی نیازی به سوخت فسیلی ۲ حفظ محیط زیست و عدم ایجاد الودگی
۳- طول عمر مفید بالا (بیش از ۲۰ | سال)
۴- قابلیت اطمینان بالا به دلیل نداشتن بخش۔ های متحرک مکانیکی ۵- پایین بودن احتمال بروز حوادث | خطرناک مانند انفجار و آتش سوزی ۶ سهولت در نصب و راه | اندازی و همچنین پی نیازی به تجهیزات پیچیده و نیروی انسانی متخصص ۷- قابلیت تغییر توان با افزایش و کاهش
ظرفیت سیستمهای فتوولتائیک در صورت نیاز با استفاده از افزودن با کاستن تعداد ماژولها در مقابل موارد ذکر شده، بزرگترین عیب سیستمهای فتوولتائیک برای استفاده از توانهای زیاد، قیمت بالای آن در مقایسه با سایر منابع است. اگر چه با پیشرفت تکنولوژی، هزینه سیستمهای فتوولتائیک روز به روز کاهش مییابد، ولی قبل از هرگونه اقدامی، تحقیق و بررسی در زمینه صرفه اقتصادی جهت به کار گیری هر یک از منابع لازم و ضروری است. تاکنون این سیستمها در جهان، اقتصادی نشده اند اما متخصصان در تلاش برای کاهش قیمت این سیستمها و اقتصادی نمودن آنها میباشند
۳- انرژی فتوولتائیک
انرژی فتوولتائیک، تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طریق یک سلول فتوولتائیک می باشد، که به طور معمول یک سلول خورشیدی نامیده میشود. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولا از الیاژ مسیلیکون ساخته شده است. نور خورشید از فوتونهابادرات انرژی خورشیدی تشکیل شده است. این فوتونها مقادیر متغیر انرژی را شامل می شوند و شبیه طول موجهای متفاوت طیقهای نوری هستند . وقتی قوتونها به یک سلول فتوولتائیک پر خورد می کنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند و با جذب شوند. فقط فوتونهای جذب شده، انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند وقتی که نور خورشید کافی با انرژی توسط جسم نیمه رسانا | جذب شود ، الکترونها از اتم های جسم جابه جا می شوند. رفتار خاص سطح جسم باعث می شود که پذیرش سطح جلویی سلول برای الکترون های آزاد بیشتر شود، بنابراین الکترون ها به طور طبیعی به سطح مهاجرت می کنند زمانی که الکترون ها موقعیت (۱) را ترک می کند و سوراخ هایی شکل می گیرد، تعداد الکترونها زیاد است. هر کدام یک بار منفی را حمل می کنند و به طرف جلوسطح سلول می روند. در نتیجه عدم توازن بار بین سلولهای جلویی و سطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ مشابه قطبهای مثبت و منفی یک باطری ایجاد میشود وقتی که در سطح از میان یک راه داخلی مرتبط می شوند الکتریسیته جریان می یابد. بلول فتوولتائیک، قاعده بلوک ساختمان یک سیستم فتوولتانیک است. سلولهای انفرادی می توانند در اندازه هایی از حدودا cm تا ۱۰ cm از این سویه آن دو متغیر شوند. با این وجود، توان ابا ۲ وات تولید می کنند که انرژی کافی در بیشتر کار بردها وجود ندارد. برای اینکه بازده انرژی افزایش داده شود، پنلهایه طور الکتریکی به داخل هوای پسته یک پنل سخت مرتبط می شوند پنلها می توانند بیشتر برای شکل گیری یک آرایش مرتبط شوند. اصطلاح آرایش به کل صفحه انرژی اشاره می کند اگر چه آن از یک یا چند هزار پنل ساخته شده باشد، آن تعداد پنلهای مورد نیاز می توانند به هم مرتبط شوند تا اندازه آرایش مورد نیاز تولید انرژی را تشکیل دهند. اجرای بک آرایش فتوولتائیک به انرژی خورشید وابسته است. شرایط آب و هوایی همانند ابر و مه تأثیر مهمی روی انرژی خورشیدی دریافت شده توسط یک آرایش فتوولتائیک دارد. بیشتر تکنولوژی بتلهای فتوولتائیک در حدود ۱۰ درصد سلولهای فتوولتائیک که در سال ۱۹۵۴ توسط تحقیقات تلفنی بل کشف گردید. حساسیت بک آب سیلیکونی نسبت به خورشید را به طور خاصی آزمایش کرد. ابتدا در دهه ۱۹۵۰، سیستمهای فتوولتاتیک برای تأمین انرژی قمرهای فضا مورد استفاده قرار گرفتند[۸] ساده ترین سیستم های فتوولتائیک، انرژی تعداد زیادی از ماشین حساب های کوچک و ساعتهای مچی که روزانه مورد استفاده قرار میگیرد را تأمین میکند. بیشتر سیستم های پیچیده الکتریسیته برای پمپاژ آب، انرژی ابزارهای ارتباطی، و حتی فراهم کردن الکتریسیته برای خانه های مسکونی مورد استفاده قرار میگیرند. سیستم فتوولتائیک به چندین دلیل مفید است. تبدیل نور خورشید به الکتریسیته مستقیم است، بنابراین سیستم های تولید کننده مکانیکی به حجم زیادی لازم ندارند. خصوصیت بنل انرژی فتوولتائیک اجازه می دهد که به طور سریع آرایش ها در هر اندازه مورد نیاز با اجازه داده شده نصب شوند. همچنین، تأثیر محیطی یک سیستم فتوولتائیک حداقل است و آب برای سیستم نیاز ندارد سلولهای فتوولتائیک ، همانند باتریها، جریان DC را تولید می کنند که به طور عمومی در موارد خاصی مورد استفاده قرار میگیرد ( ابزار الکترونیک ). به عنوان مثال جریان DC حاصل از سلولهای فتوولتانیک برای کاربردهای تجاری با لحیم کردن بردهای الکترونیکی استفاده میشود شبکه های الکتریکی باید به جریان AC جهت استفاده تبدیل کننده ها مجهز شوند. اینورترها ابزارهایی هستند که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کنند. به طور تاریخی سیستمهای فتوولتاییک در جاهای دور برای تولید الکتریسیته به کار گرفته شده است. جایگزین ژنراتورها با مقیاس عددی کوچکتر در تغذیه کنندهای الکتریکی می توانند اقتصاد واعتبار سیستم توزیع را بهبود بخشد. هنگامی که نور بر روی سطح فعال تابیده میشود. الکترونهای داخل سلول خورشیدی دارای انرژی میگردند. این انرژی در تناسب با تراکم و طیف توزیع نور میباشد هنگامی که سطح انرژی از یک نقطه تجاوز میکند، بک تفاوت بالقوه در طول سلول به وجود میاید و بدین وسیله توانایی راندن جریان به بوی بار خارجی مهیا میگردد. بک سلول خورشیدی از جنس سیلیکون، ولتاژی بین ۵ تا ۶ ولت تولید میکند و به همین دلیل تعداد زیادی سلولهای خورشیدی به صورت سری و پشت سر هم به یکدیگر متصل میشوند تا میزان مورد نظر از ولتاژ و جریان را فراهم نمایند [۹]. ازسلولهای خورشیدی به وسیله قرار گیری بین شیشه و یک رزین سخت محافظت به عمل میاید. این روند با استفاده از استیل ضد زنگ یا قالب الومنیومی جهت تشکیل یک ماژول انجام میپذیرد. این ماژولها اغب از ۳۰ سلول تشکیل شده اند
شکل شماره ۲- نحوه تبدیلی انرژی در سلول خورشیدی
۱-۳- ارزیابی اقتصادی احداث نیروگاه فتوولتایی خورشیدی در ایران
کشور ما با داشتن منابع فسیلی سرشار و برخورداری از پتانسیل مطلوب و مناسب انرژیهای نو، لزوم توسعه منطقی از منابع ارزشمند انرژی را بیشتر از هر زمان دیگری احساس میکند. با وجود تاکید دائم مسؤلین کشور به اجرای هرچه سریعتر و دقیق تر اصل ۴۴ قانون اساسی و علیرغم تصویب ماده ۶۲ قانون تنظیم بخشی از مقررات مالی دولت و دستورالعمل اجرایی آن که منجر به مبادله بیش از ۴۷۰ مگاوات قرار داد خرید برق بین سانا و ۱۲ شرکت خصوصی تجدید پذیر شده است. بعد از گذشت بیش از ۴ سال، تنها پروژه نیروگاه غیر دولتی از نوع بیوگاز( لندفیل زباله) په ظرفیت ۱۶ مگاوات به بهره برداری رسیده است به عبارت دیگر وجود برخی مشکلات، اجرا و احداث نیروگاههای خصوصی تجدید پذیر را با کندی مواجه ساخته است. یکی از مهمترین و اساسی ترین مشکلات در این مسیر میتواند قیمت نامناسب خرید برق از این نیروگاههای غیردولتی تجدید پذیر باشد که به میزان ۴۵۰ و ۶۵۰ ریال بر هر کیلو وات ساعت در ابتدای برنامه سوم توسعه تصویب شد و هم اکنون با تصویب هیأت محترم وزیران به ۹۰۰ و ۱۳۰۰ ریال به ازای هر کیلو وات ساعت افزایش پیدا کرده است این قیمت برای نیروگاههای بادی در مناطق مستعد و برخی انواع تیروگاههای زیست توده جذاب به نظر میرسد، اما هیچ گونه جذابیتی برای نیروگاههای خورشیدی ایجاد نکرده است. لذا در شرایط فعلی، لزوم مطالعه وضعیت اقتصادی پروژه های خورشیدی ضروری است. مشکلات دیگری نظیر عدم علاقه بانکها و مؤسسات مالی در اعطای تسهیلات، بروکراسی و طولانی بودن زمان پرداخت وام منجر به عدم رونق صنعت نیروگاههای برق تجدید پذیر خصوصی شده است یکی از راههای تسهیل و آماده سازی بستر مناسب برای فعالیت بخش خصوصی که در کشورهای پیشرو صنعت انرژی تجدید پذیر نظیر آلمان نیز به کار گرفته شده است تعیین قیمت خرید برق متفاوت از نیروگاههای تجدیدپذیر به تفکیک نوع، شرایط و ظرفیت نیروگاه است که این مسئله میتواند علاقه مندی سرمایه گذاران را به دنبال داشته و موجب تمایل فروشندگان تجهیزات به مشارکت در تأمین تجهیزات و در نهایت نصب و راه اندازی نیروگاه گردد. در ادامه ظرفیت نصب شده سالیانه نیروگاههای فتوولتائیک در کشورها ارائه شده است [۱۰]
جدول شماره(۱).ظرفیت نصب شده سالیانه نیروگاه های فتوولتائیک به مگاوات[۱۰]رشد به درصد و در طول دوره ۵ ساله
کشور | ۲۰۰۵ | ۲۰۰۶ | ۲۰۰۷ | ۲۰۰۸ | ۲۰۰۹ | رشد*% |
ایتالیا | ۷ | ۱۳ | ۱۰۵ | ۱۸۴ | ۳۲۲ | ۱۱۵ |
اسپانیا | ۲۰ | ۶۱ | ۴۵۰ | ۶۹۸ | ۱۰۴۶ | ۱۲۱ |
هند | ۸ | ۹ | ۱۷ | ۳۱ | ۵۷ | ۴۸ |
آمریکا | ۱۰۳ | ۱۴۵ | ۲۶۱ | ۴۷۰ | ۸۴۶ | ۵۲ |
چین | ۱۲ | ۱۵ | ۲۶ | ۴۳ | ۷۸ | ۴۵ |
ژاپن | ۲۹۰ | ۲۸۷ | ۳۱۲ | ۴۶۴ | ۶۷۳ | ۱۸ |
آلمان | ۸۶۶ | ۹۵۳ | ۱۳۰۰ | ۱۶۲۵ | ۱۹۸۳ | ۱۸ |
تولید سلول و پنلهای خورشیدی در سالهای کنونی به بیش از ۲۵۰۰ مگاوات بپک در سال رسیده و در چند سال اخیر رشد فزایندهای داشته است. بر اساس پیش بینی۔ های انجام گرفته توسط شرکتهای معتبر انرژی، این رشد در سالهای آتی باز هم حالت فزاینده خواهد داشت. لازم به ذکر است که نیروگاهها و سیستمهای فتوولتایی، عنوان سریع الرشد ترین سیستم انرژی را که در سالهای اخیر به نیروگاههای بادی اختصاص داشت، از آن خود کرده اند.
۲-۳- برآورد هزینه سیستمهای برق خورشیدی
بالا بودن هزینه سرمایه گذاری اولیه در سیستمهای برق خورشیدی مهمترین مسئله بر سر راه توسعه و ترویج آن می باشد. حمایتهای دولتی و سیاست های تشویقی، توجه به امر تحقیق و توسعه زیرساختارهاو… از جمله فعالیتهایی است که در کشورهای پیشرو، دررشد این صنعت، توسعه و ترویج بازار آن مفید بوده و راه گشای مفیدی در این خصوص خواهد بود. فناوریهای حرارتی خورشیدی به دو بخش نیروگاههای حرارتی خورشیدی و کاربردهای غیر نیروگاهی سیستم های خورشیدی تقسیم بندی شده است نیروگاههای حرارتی خورشیدی از تابش مستقیم خورشید استفاده میکنند. این بخش از تابش خورشید توسط ابرها دود یا گردوغبار منحرف نمیشود. بنابراین، نیروگاههای حرارتی خورشیدی باید در مناطقی که از تابش مناسب خورشید برخوردار هستند، ساخته شوند سایتهای مناسب برای ساخت نیروگاههای خورشیدی، از تابش خورشید ۲۰۰۰ کیلوات ساعت بر متر مربع سالانه برخوردار هستند، مناطق مناسبتر جهت احداث این نوع نیروگاهها از تابشی بیش از ۲۸۰۰ کیلوات ساعت بر متر مربع سالانه برخوردار هستند. به طور معمول نقاطی برای این سایتها مناسب هستند که آب و هوا و گیاهان منطقه رطوبت و گردوغبار زیادی را در اتمسفرایجاد نمیکند مانند استپ ها، بوته زار، صحراهای نیمه خشک و صحراهایی که به طور معمول در عرض جغرافیایی شمال با جنوب کمتر از ۴۰ درجه سانتیگراد قرار دارند از مناطق مستعد میتوان به جنوب غربی ایالات متحده آمریکا، کشورهای مدیترانهای اروپا، خاورمیانه وخاور نزدیک، ایران و صحراهای هند، پاکستان، چین و استرالیا اشاره نمود. در بسیاری از مناطق جهان میتوان با استفاده از تکنولوژی – های حرارتی خورشیدی در مساحت یک کیلومتر مربع از زمین، ۱۰۰ الی ۳۰۰ گیگاوات ساعث الکتریسپنه خورشیدی تولید نمود. این مقدار معادل تولید سالانه نیروگاههای متداول فسیلی، زغال سنگ یا گازی با ظرفیت ۵۰ مگاوات در بار متوسط است [۱۱] یک نیروگاه خورشیدی شامل تجهیزاتی است که انرژی تابشی خورشید را جمع کرده و با متمرکز کردن آن، درجه حرارتهای بالا ایجاد میکند. انرژی جمع آوری شده از طریق مبدلهای حرارتی، توربین ژنراتورها و با موتورهای بخار به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد. ۳-۳- گم شدن نگرانیها جهت آلودگی ناشی از ساخت سلولهای خورشیدی دانشمندان طی بافتهای که میتواند نگرانیهای مربوط به تأثیرات محیطی منفی سلولهای خورشیدی را کم کند اظهار میکند که باخت سلولهای خورشیدی، الایده های خیلی کمتری نسبت به فن آوری های باسوخت فسیلی ایجاد میکند. این گزارش دانشمندان، اولین گزارش جامع و گستردهای است که روی آلاینده های تولید شده در طول باخت سلولهای خورشیدی انجام گرفته است. به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، چندین سال است که انرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی مطمئن تر و تمیزتر نسبت به سوختهای فسیلی قلمداد شده است تا پاسخی به تقاضای روزافزون انرژی باشد محیط زیست شناسان و دیگران درباره ی تاثیر منفی فن آوری سلول خورشید روز به روز نگران تر میشوند. باخت سلولهای فتوولتائیکی به طور بالقوه نیاز به فلزات سمی از قبیل سرب، جیوه و کادمیم دارد و در عوض گازدی اکسید کربن تولید میکند که به گرم شدن کره زمین کمک خواهد کرد. طی مطالعه جدیدی، آقای واسپلیس و همکارانش. از سیزده شرکت تولید کننده سلول خورشیدی در اروپا و امریکا در سالهای ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۶, اطلاعاتی مربوط به مواد آلاینده گرداوری کردند [۱۲] سلولهای خورشیدی شامل چهار نوع تجاری اساسی می باشند که عبارتند از: سیلیکان چند بلورین، پلیکان تک بلورین، سیلیکان نوازی و کادمیوم تلوراید بالابه ی نازک. پژوهشگران عقیده دارند که تولید برق از سلولهای خورشیدی، نسبت به فناوریهای باسوخت فسیلی معمولی، ۹۰ درصد آلاینده های کمتری وارد هوا میکند
. ۴-۳- کاربردهای نیروگاهی تأسیساتی
که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل میشود. نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده میشوند. این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کنندهابه سه دسته تقسیم میشوند. نیروگاه – هایی که گیرنده آنها آینههای سهموی ناودانی هستند، نیروگاههایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می شود دریافت کننده مرکزی) و نیروگاههایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) میباشد [۱۳] برای استفاده دائمی از این نوع نیروگاهها در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد مثلأساعات ابری بائیها، از سیستمهای ذخیره کننده حرارت و یا احیانا از تجهیزات پشتیبانی که ممکن است از سوخت فسیلی استفاده کننده جهت ایجاد بخار برای تولید برق کمک گرفته میشود. برای ذخیره انرژی تولیدی در ساعات تابش نور میتوان از تکنولوژیهای باتریهای جدید نیز استفاده نمود.
۴- طراحی نیروگاه خورشیدی
در این بخش ابتدا یک نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه | به ظرفیت امگاوات در استان خوزستان، توسط نرم افزار طراحی شبیهسازی و آنالیز شده و سپس ارزیابی اقتصادی آن با دیگر نیروگاهها توسط نرم افزار هامر انجام شده و نتایج نهایی شامل قیمت تمام شده برق تولیدی ارایه گردیده است. نتایج حاصله، حاکی از عدم توجیه اقتصادی استفاده از این منبع انرژی با قیمت فعلی است این طراحی توسط برنامه sultiny desigen انجام شده است، بدین صورت که پس از دادن اطلاعات محلی نیروگاه و شرایط و دمای محیط میتوان توان در خواستی را وارد کرده که در این زمان نرم افزار وارد عمل شده و تعداد ماژول های مورد نیاز را محاسبه کرده و در اختیار کاربر قرار می دهد. البته باید توجه داشت که از قبل باید نوع و شرکت سازنده و توان مازول درخواستی را انتخاب نموده و سپس کار را ادامه داد. در این مرحله و انتخاب توان با توجه به توان و خط مورد نیاز که از قبل انتخاب شده میتوان از بین اینورتورهای پیشنهادی برنامه، یکی را انتخاب نموده تا برنامه بقیه محاسبات را انجام داده و در پایان برنامه گزارش کاملی را ارائه خواهد داد. در ادامه مشخصات و نمایی از برنامه شبیه سازی ارائه شده است
جدول ۲ شرایط طراحی در نرم افزار sunny desigen ورودی
ورودی | خروجی |
اطلاعات محلی نیروگاه(قاره-کشور-شهر) | تعیین تعدادآرایه=۱۸۵ |
تعیین شرایط و دمای محیط | تعیین تعداد اینورتر=۵ |
نوع و شرکت سازنده و توان ماژول | تعیین مقدار max DC
۱۰۰۰= voltage |
تعیین مقدار کیلووات نیروگاه(۶۰ کیلووات) | حد مجازshort circuit
۱۲٫۵/۳۳=current |
اینورتور پیشنهادی(STP1200TL) | تعیین طول کابلها مورد استفاده=۲۱۰۰ |
در شکل های زیر نمایی از نرم افزار sunny desigen و طرز استفاده از آن ارائه گردیده است
شکل شماره ۴ تنظیم حداکثر درجه ماکزیمم توان
۵- نتیجه
در این قسمت مقایسه بین نیروگاههای بادی، خورشیدی، آپی و گازی استان خوزستان توسط نرم افزار شبیه سازی هامر صورت گرفته است. بعد از اجرای نرم افزار، بهترین طرحهای ترکیبی با توجه به معیارهای اقتصادی، فنی و زیست محیطی به ترتیب اولویت به صورت زیر بدست میآیند.
dd/ Kerava
شکل شماره ۷، آرایش نیروگاههای متصل به شبکه
شکل شماره ۸. بهترین طرحهای ترکیبی
طبق نتایج به دست آمده از شبیه سازی فوق، بهترین تکنولوژی های تولید با مقیاس کوچک برای استان خوزستان، مولدهای آبی هستند. به علت دیی بسیار خوب آب در رودخانههای عظیم و طویل این استان، مولدهای کوچک آبی پتانسیل بالایی برای سرمایه گذاری در بخش – های صنعتی و کشاورزی در استان خوزستان دارند. و مولدهای گازی به دلیل منابع گاز طبیعی غنی در استان نیز پتانسیل خوبی برای سرمایه گذاری در بخشهای صنعتی تجاری و کشاورزی در این استان خوزستان، دارند. بعد از مولدهای گازی و آبی کوچک، مولدهای بادی و مولدهای خورشیدی به ترتیبه در اولویتهای بعدی این استان جهت سرمایه گذاری بخش خصوصی قرار میگیرند. نتایج حاصله. حاکی از اقتصادی و زیست محیطی بودن استفاده از منبع انرژی خورشیدی است
مراجع
[۱] N Mutoh and T. Inoue, “A controlling method photovoltaic generation power for charging obtained by a MPPT control method to series connected ultra-electric double layer capacitors,” Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting Conference Record of the 2004 IEEE, 4, pp. 2264 – 2271, 2004 Current-Sensor-Free”A Becquer!
[۲]E. Incremental Conductance Single Cell MPPT for High Performance Vehicle Solar Arrays,” Power06 Electronics Specialists Conference, PESC 3 7th IEEE, pp.1-, June 2006 W.G.Adams, R.E. Day, “A combined
[۳]twomethod MPPT control scheme for grid connected photovoltaic systems, Power Electronics and Applications, European Conference pp.1-10, Sept. 2005. [4] J. Ko, B. Jung, K. Park, C. Choi, and D. Chung, “Maximum Power Point Tracking Control of PVSystem for DC Motors Drive with Neural Network,” Smart Manufacturing Application, ICSMA., pp.514-519, 2008.
[۵] T.L. Kottas, Y.S. Boutalis, and A.D. Karlis, “New maximum power point tracker for PV arrays using fuzzy controller in close cooperation with fuzzy cognitive networks,” IEEE Transactions on Energy Conversion, 21(3), pp. 793-803, 2006.
[۶] L. S. Jancarle, A. Fernando, C. Anis, and C. Cicero, “A maximum power point tracker for PV systems using a high performance boost converter,” Solar Energy, Vol.80, No.7, pp. 772778 , 2006.
[۷] D. Lacasa, M. Berenguel, L. Yebra, and D. Martinez, “Copper sintering in a solar furnace through fuzzy control,” Proceedings of the IEEE International Conference on Control Applications. pp. 2144-2149, October 2006.
[۸] M. Veerachary, T. Senjyu, and K. Uezato, “Feedforward maximum power point tracking of PV systems using fuzzy controller,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 38(3), pp. 969-981,2002.
[۹] S. Yuvarajan and J. Shoeb, “Afast and accurate maximum power point tracker for PV systems,” Applied Power Electronics Conference and Exposition APEC, pp.167-172, 2008.
[۱۰) N. Femia, G. Petrone, G. Spagnuolo, and M. Vitelli “Optimization of perturb and observe maximum power point tracking method,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 20, No. 4, Pp.963-973,2005
[۱۱] S. J. Chiang, Hsin-Jang Shieh, and Ming. Chieh Chen, “Modeling and Control of PV Charger System With SEPIC Converter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.56 , No.11, pp.4344-4353,2009.
[۱۲] B. Vasilis, D. Biel, J. Negroni, and F. Guinjoan, “Boost-buck inverter ariable structure control for grid-connected photovoltaic systems with sensorless MPPT,” Proceedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE 2005, Vol. II, pp. 657-662. June 2006.
[۱۳] H. E. A. Ibrahim, F. F. Houssiny, Zein E. H. M. and M. A.
ElShibini,”Microcomputer controlled buck regulator for maximum power point tracker for DC pumping system operates from photovoltaic system,” IEEE International Conference on Fuzzy Systems, , Vol.1, PP. 406411. August 1999
Abstract
Photovoltaic systems are one of the most widely used new energy applications. Various systems with various capacities ranging from , watts up to several megawatts have been installed and installed worldwide and, with regard to reliability, are very low and The cleanliness of these systems increases the number of applicants each day. Hence, many studies are under way on photovoltaic systems. In this paper, a solar power plant was first simulated by the solar design software, and then the economic evaluation of the power plant with other power plants was carried out by Hummer software, and the final results including the cost of completed electricity were presented. The results indicate the economic and environmental use of solar energy.