چکیده

امروزه استفاده از انرژيهاي تجدیدپذیر به طور گستردهاي مورد توجه قرار گرفته است. در این میان، انرژي خورشیدي به دلیل مزایاي زیادي که دارد از اهمیت ویژهاي برخوردار است. از جملهي این مزایا میتوان به دسترسی دائمی، پاك بودن و رایگان بودن آن اشاره کرد. همچنین کشور ما به لحاظ تابش انرژي خورشیدي در موقعیت خوبی قرار گرفته است. این مقاله به مطالعه و طراحی سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه براي تامین بارهاي الکتریکی مورد نظر به صورت مجزا از شبکه میپردازد. پروفایل روزانهي مصرف انرژي بار مشخص است. سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه، به طـور بهینـه اندازهیابی میشود تا پیاده سازي چنین سیستمی به لحاظ اقتصادي توجیهپذیر بوده و با حداقل هزینه ممکن قابل پیاده-سازي باشد. از نرمافزار HOMER بهعنوان وسیلهي بهینهسازي بـراي تعیـین انـدازه و نیـز مشخصـات اجـزاي سیسـتم فتوولتاییک استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که اندازهیابی این سیستم بـه اطلاعـات بـار، اطلاعـات تـابش منبـع خورشیدي و هزینه سرمایهگذاري اجزاي سیستم بستگی دارد. همچنین استفاده از این سیستم با در نظر گرفتن کاهش قیمت این نوع سیستمها و افزایش کارایی و قابلیت اطمینان آنها بسیار به صرفه و اقتصادي است و راه حل مناسبی براي تامین برق در شرایط کنونی حقیقی شدن هزینه هاي برق میباشد، چرا که امکان استفاده از اینگونه سیستمها را فراهم ساخته است.

واژههاي کلیدي: اندازهیایی، سیستم SPV، طراحی بهینه، نرمافزار HOMER

۱ـ مقدمه

در روشهاي مرسوم تولید انرژي الکتریسیته، آلودگیهایی همچون گاز کربن دي اکسید، گاز اصلی که سبب گـرم شـدن زمین شده است تولید میشود. نور خورشید تنها منبع مورد نیاز براي تولید توان از طریق یک سلول خورشیدي است؛ از طریق اثر فتوولتائیک، انرژي موجود در نور خورشید میتواند بهطور مستقیم به انرژي الکتریکی تبدیل شود. سیستم هاي فتوولتائیک، منبع انرژي بی سروصدا، امن، پاك و تجدیدپذیر را ارائه میکنند .[۱]

این مقاله، مطالعه و طراحی سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه(SPV) 1 را بـراي تـامین بخشـی از بارهـاي الکتریکـی خانهاي فرضی در شهر تهران ارائه میکند. هدف از این مقاله این است که سیستم مورد نظر، به طور بهینه اندازهیابی میشود تا پیادهسازي چنین سیستمی به لحاظ اقتصادي توجیهپذیر بوده و با حداقل هزینه ممکن قابل پیادهسازي باشد. براي این منظور، از نرمافزار HOMER بهعنوان ابزار طراحی و بهینهسازي استفاده شده است. این نرمافزار شامل تعدادي مـدل اجـزاي سیسـتم انرژي است و براساس تنظیمات موجود، تکنولوژي و ساختار مناسب را براساس هزینه و در دسترس بودن منابع انتخاب میکند .[۲] تحلیل کردن با HOMER نیازمند اطلاعاتی همچون دادههاي منبع خورشید، قیود اقتصادي و روشهـاي کنترلـی اسـت. همچنین بایستی وروديهاي مربوط به اجزاي مورد استفاده، تعداد اجزا، بازدهی، طول عمـر و دیگـر مـوارد لازم نیـز مشـخص شوند. در نرمافزار HOMER، امکان انجام آنالیز حساسیت نیز وجود دارد که این آنالیز از طریق انتخاب مقـادیر مختلـف بـراي

۱ Stand-Alone Photovoltaic System (SPV System)

۱

متغیرهاي مورد نظر انجام میشود . انجام آنالیز حساسیت، فرصت بررسی اثرات تغییـر در یـک پـارامتر خـاص را بـر روي کـل سیستم به کاربر میدهد که مزیت بسیار خوبی است.

-۲ اندازهیابی سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه

اندازهیابی سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه از طریق بار موجود در خانهاي در شهر تهران و نیز میزان تابش خورشید در منطقهي مورد نظر شروع میشود. روند کار در ادامه توضیح داده شده است :[۳]

-۱-۲ اطلاعات تابش خورشید

براي انجام طراحی بهینه، بسیار مهم است که اطلاعات هواشناسی (تابش خورشیدي و دما) براي مکان مورد نظر جمعآوري شود. اطلاعات میانگین ماهانهي تابش خورشیدي در شهر تهران براي قسمت منابع انرژي خورشیدي در نرمافزار HOMER در طول و عرض جغرافیایی ۵۱/۴۲ و ۳۵/۷ درجه به کار برده میشود. این اطلاعات براي ایـن منطقـه، از وبسـایت هواشناسـی و انرژي خورشیدي ناسا گرفته شده است .[۴] جدول ۱ مقادیر میانگین ماهانهي تابش خورشید را در شهر تهران نشان میدهـد. باتوجه به جدول، به خوبی مشخص است که انرژي خورشیدي در منطقه در طول ماههاي تابستان بالاست. مقدار میانگین تابش روزانه در ماه ژوئن برابر ۷/۳۵۳ kWh/m2/day و مقدار میانگین تابش سـالانه برابـر ۴/۹ kWh/m2/day اسـت. شـکل ۱ نیـز پروفایل مقادیر میانگین ماهانه تابش خورشیدي براي هر روز را در طول کل سال نشان میدهد.

جدول -۱ مقادیر میانگین ماهانهي تابش خورشیدي براي هر روز

ماه شاخص روشنایی تابش روزانه بر حسب kWh/m2/day

ژانویه ۰/۵۳۹ ۲/۷۳۱
فوریه ۰/۵۶۶ ۳/۶۲۲

مارس ۰/۵۴۸ ۴/۵۰۲

آوریل ۰/۵۵۴ ۵/۵۱۲
می ۰/۵۷۶ ۶/۳۹۳

ژوئن ۰/۶۳۷ ۷/۳۵۳

ژولاي ۰/۶۲۴ ۷/۰۴۳

آگوست ۰/۶۳۴ ۶/۵۶۳

سپتامبر ۰/۶۴۳ ۵/۶۴۲
اکتبر ۰/۵۸۶ ۴/۰۵۲

نوامبر ۰/۵۴۹ ۲/۹۴۱

دسامبر ۰/۵۱۲ ۲/۳۸۱

شکل -۱ پروفایل مقادیر میانگین ماهانه تابش خورشیدي براي هر روز در طول کل سال

۲

-۲-۲ اطلاعات بار
پروفیل بار انتخاب شده، مربوط به خانهاي در شهر تهران است که بایستی برخی بارهاي آن از طریق سیستم SPV تـامین
شود و فرض بر این است که این الگوي بار در طول سال ثابت میماند.
پروفایل بار روزانه با محاسبهي تقاضاي توان براي بخشی از انواع بار موجود در خانهي مورد نظر در طول کل سال بهدسـت
میآید. مصرف انرژي روزانهي تخمین زده شده در جدول ۲ داده شده است. شکل ۲ هم پروفایل بار نمونهي روزانه را در طـول
کل سال نشان میدهد. میانگین انرژي سالانهي بار هم برابر ۲/۲۱۵ kWh/day است.
جدول -۲ مصرف انرژي روزانهي بار براي خانهاي در شهر تهران
بارها استفاده در روز (ساعت) توان (W) انرژي کل (Wh)
لامپ فلورسنت نوع ۱ ۱۰ ۲۰ ۲۰۰
لامپ فلورسنت نوع ۲ ۴ ۴۰ ۱۶۰
تلویزیون ۵ ۶۰ ۳۰۰
یخچال ۲۴ ۵۰ ۱۲۰۰
رادیو ۱۱ ۱۰ ۱۱۰
پنکه سقفی ۲ ۶۰ ۱۲۰
پنکه زمینی ۵ ۲۵ ۱۲۵
کل – – ۲۲۱۵
۱۸۰
۱۶۰
۱۴۰ (W)
120
100 Demand
80

۶۰ oadL
40

۲۰
۰
۲۱ ۱۶ ۱۱ ۶ ۱
Times (Hours)
شکل -۲ پروفایل مصرف انرژي روزانهي بار فرضی در طول سال براي خانهاي در شهر تهران

-۳-۲ اندازهیابی آرایهي خورشیدي

توان خروجی آرایهي خورشیدي ( (P _ _ از طریق معادلهي (۱) تعیین میشود ۳] و :[۵

۳