چکیده

هدف این مقاله طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه با ظرفیت ۲۰ کیلووات است. برخی مناطق ایران در نواحی روستایی و دورافتاده فاقد سیستم برقرسانی هستند. راهکار پیشنهادی در این مقاله استفاده از سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه برای نواحی مذکور میباشد. با وجود بالا بودن هزینه نصب سیستمهای فتوولتائیک، در نواحی دور از شبکه سراسری برق نصب این سیستمها در مقایسه با احداث خطوط انتقال نیرو دارای توجیه اقتصادی است. توجیه اقتصادی این مسئله هدف مقاله نیست و فقط به بررسی فنی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه پرداخته شده است. بر اساس اطلس تابش خورشیدی، نواحی وسیعی از ایران دارای پتانسیل مناسبی برای نصب سیستمهای فتوولتائیک است. سیستم فتوولتائیک پیشنهادی بر اساس اطلاعات جغرافیایی محدوده شهر همدان در نرمافزار PVsyst شبیه سازی شده است و عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است. زاویه مناسب پنلهای خورشیدی و نیز چیدمان بهینه آنها به منظور حداقلسازی تلفات سایه به دست آمده است و در شبیهسازیها لحاظ شده است. همچنین تاثیر دما و شدت تابش بر بازده سیستم فتولتائیک و نیز تاثیر تلفات دمایی و سیستم الکترونیکقدرت بر توان خروجی سیستم فتوولتائیک مورد بررسی قرار گرفته است. میزان انرژی در دسترس به طور متوسط در ماه Jun به مقدار ۵۵۰۰ kWh افزایش یافت که تقریبا ۱/۵ برابر حالت بدون ردیاب است.

واژههای کلیدی: سیستم فتوولتائیک- مستقل از شبکه- نرم افزار -PVsyst ردیاب خورشیدی-شهر همدان- سیستم اطلاعات جغرافیایی meteonorm 6.1

-۱ مقدمه

در سرتاسر جهان، انرژی نقش مهمی را در جوامع بشری بر عهده دارد. به دلیل پیشرفت جوامع و افزایش تقاضا برای انرژی، مصرف سوختهای فسیلی به عنوان منبع سنتی تولید انرژی در حال افزایش است. فقدان منابع سوخت فسیلی و پدیدههای زیستمحیطی از جمله آلودگی هوا، گرم شدن زمین و آسیب دیدن لایه اوزون از اثرات این مصرف فزاینده است. در این شرایط راهکار پیشنهادی استفاده از انرژیهای تجدید پذیر و پاک به منظور تأمین انرژی است؛ بنابراین در ایران نیز این نیاز احساس میشود که به سمت استفاده از انرژیهای پاک حرکت کنیم. یکی از این انرژیها، انرژی خورشیدی است. قابل ذکر است انرژی که در طول روز از خورشید بر سطح زمین میتابد از میزان نیاز روزانه بشر نیز فراتر است.

ایران یکی از پهناورترین کشورهای خاورمیانه است. متوسط رشد مصرف انرژی الکتریکی در طول سالیان در ایران برابر با %۷ است که این نیاز روز افزون به مرور سبب میشود که در طول ۱۰ سال ظرفیت نصبشده نیروگاهی دو برابر شود. همچنین میانگین مصرف هر خانوار ۲۱۰۰ kWh در سال است .[۱] در دوران اوج مصرف تابستان وسایل سرمایشی سهم به سزایی از مصرف انرژی را بر عهدهدارند. این سهم به سزا ناشی از گرمای بیش از اندازه و استفاده از وسایل سرمایشی با مصرف بالا همچون کولرهای گازی است.

بر اساس اطلس تابش خورشیدی ایران، نواحی وسیعی از کشور دارای پتانسیل خوبی از نظر تابش خورشیدی هستند. نواحی غربی به طور متوسط ۴/۵ kWh/m2/ day انرژی دریافت میکنند .[۲] بر همین اساس در برنامه پنجم توسعه توسط سانا پیش بینی شده بود که ظرفیت نصبشده در حوزه انرژی خورشیدی به ۲/۵ MW برسد که این امر نیز محقق شد. همچنین از آنجایی که بخش خانگی سهم قابل توجهی از مصرف را برعهده دارد تولید برق خورشیدی میتواند به عنوان یک منبع تولید پراکنده نیز مورد بهرهبرداری قرار گیرد که سبب کاهش تلفات در حوزه انتقال انرژی خواهد شد.

یکی از مشکلات اساسی تولید برق با استفاده از سیستمهای فتوولتائیک پیچیدگی و غیرقابل پیشبینی بودن این سیستمهاست. پارامترهای زیادی از جمله آب و هوا، موقعیت جغرافیایی، زاویه نصب پنلهای خورشیدی و میزان شدت تابش انرژی خورشیدی میتوانند حالات مختلفی را به عنوان خروجی سیستم فتوولتائیک رقم بزنند. به منظور کنترل همه جانبه این پارامترها نرمافزار PVsyst به عنوان شبیهساز پیشنهاد میشود.

سیستم فتوولتائیک با استفاده از سلولهای خورشیدی مستقماًی انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. ماده اساسی که در سلولهای خورشیدی با کاربرد معمولی استفاده می شود سیلیسیوم است.اساساً سه نوع تکنولوژی در تولید سلولهای خورشیدی استفاده می شود: تک کریستال (بازده %۱۲ الی (%۲۰، چند کریستال (بازده %۱۰ الی (%۱۸ و آمورف %۶) الی .[۳] (%۹

شدت تابش و دمای محیط بازده سلولهای خورشیدی را تحت تأثیر قرار میدهد. هنگامی که دمای محیط بالا میرود بازده سلولهای خورشیدی پایین میآید و بالعکس. همچنین واضح است که هر چه شدت تابش انرژی خورشیدی بیشتر باشد میزان

بازده افزایش خواهد یافت؛ بنابراین درجاهایی که دمای هوا بالاست به مظور افزایش راندمان از سیستم خنکسازی استفاده میکنند .[۴] در حالی که در جاهایی که دمای هوا بالاستعموماً شدت تابش نیز بالاست وعملاً بازده سلول خورشیدی تغییر چندانی نخواهد داشت و شدت تابش بیشتر اثر کاهش راندمان به وسیله دمای محیط را کاهش میدهد .[۵]

در این مقاله از نرمافزار PVsyst به منظور طراحی و شبیهسازی سیستم فتوولتائیک ۲۰ kW مستقل از شبکه استفاده شده است. بر اساس برنامه وزارت نیرو تا سطح توان ۲۰ kW، برای نصب سیستمهای فتوولتائیک %۵۰ هزینه کل به صورت تسهیلات بلاعوض پرداخت میشود. در ادامه مطالعات بر اساس اطلاعات جغرافیایی شهر همدان انجام شده است و نتایج حاصل از این مطالعات ارائه شده است.