نشریه شماره ۶۶۷

در سال‌های اخیر، به دلیل محدودیت و گرانی سوخت‌های فسیلی و مسائل زیست محیطی، استفاده از انرژی‌‌های نو، رشد بسیاری داشته است. تابش خورشید بزرگترین منبع تجدیدپذیر انرژی روی کره زمین است و اگر فقط یک درصد از صحراهای جهان با نیروگاه‌های خورشیدی به کار گرفته شوند، همین مقدار برای تولید برق سالانه جهان کافی خواهد بود. یکی از اقدامات مورد نیاز برای آماده سازی شرایط لازم جهت استفاده گسترده‌تر از سیستم‌های فتوولتا‌ییک، تدوین اسناد فنی حاوی مشخصات فنی و دستورالعمل‌ها و الزامات مرتبط با به کارگیری این سیستم‌هاست. در این راستا، نشریه شماره ۶۶۷ از سوی سازمان مدیریت و برنامه ریزی  با عنوان راهنمای طراحی سیستم‌های فتوولتاییک به منظور تأمین انرژی الکتریکی به تفکیک اقلیم و کاربری در قالب یکی از معیارها و ضوابط مورد نیاز صنعت برق تعریف شده و در راستای انجام آن نشریه شماره ۶۶۷ تدوین شده است.

کشور ایران در منطقه‌ای با میزان بالایی از جذب انرژی خورشیدی قرار گرفته است. بنابراین، باید سیاست‌ها و راهکارها طوری تنظیم شود که بتوان از این منبع انرژی بیشترین بهره را گرفت. سیستم‌های فتوولتاییک به صورت واحدهای متصل به شبکه سراسری برق یا مستقل از آن جهت تأمین انرژی الکتریکی به کار گرفته می‌شوند. استفاده از سیستم‌های فتوولتاییک در حالت مستقل از شبکه، می‌تواند در جهت تأمین انرژی الکتریکی مصرف کنندگانی که به شبکه توزیع برق به علت شرایط جغرافیایی دسترسی ندارند، بسیار مقرون به صرفه و مشکل گشا باشد. همچنین در مورد مصرف کنندگان متصل به شبکه نیز، استفاده از سیستم‌های فتوولتاییک گام مهمی در بهبود مدیریت مصرف محسوب می‌شود.

سیستم‌های فتوولتاییک

تبدیل مستقیم انرژی خورشید به الکتریسیته معمولاً به وسیله سلول‌های فتوولتاییک صورت می‌گیرد که از اثر فتوولتاییک استفاده می‌کنند. اثر فتوولتاییک بر اساس اثر متقابل فوتون‌هایی با انرژی برابر یا بیش از انرژی باند ممنوعه مواد فتوولتاییک است. ماژول‌های فتوولتاییک انرژی خورشید را بدون آلودگی و سر و صدا و نو‌سانات به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. انرژی خورشید چگالی انرژی کمی دارد و بنابراین، ماژول‌های فتوولتاییک باید سطح زیادی داشته باشند تا بتوانند انرژی کمی تولید کنند.

طبقه بندی تیپ سیستم‌های فتوولتاییک از لحاظ کاربری

بطور کلی سیستم‌های فتوولتاییک با توجه کاربردشان به دو گروه دسته بندی می‌شوند.

1. واحدهای فتوولتاییک متصل به شبکه
2. واحدهای فتوولتاییک مجزا از شبکه

لازم به ذکر است که کاربری دیگر سیستم‌های فتوولتاییک به صورت چندگانه می‌باشد که در این حالت سیستم فتوولتاییک در کنار منابع دیگر مانند توربین باد یا دیزل، تغذیه بار را انجام می‌دهند.

اجزای سیستم فتوولتاییک

تجهیزات مورد نیاز برای تولید برق از انرژی خورشیدی شامل موارد زیر است.

1. آرایه‌ی فتوولتاییک
2. سیستم‌های دنبال کننده‌ی تابش خورشید
3. اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت AC/DC
4. ذخیره ساز
5. دنبال کننده حداکثر توان
6. سایر تجهیزات

اصول طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

به طور کلی برای طراحی سیستم فتوولتاییک باید اصول اولیه زیر نظر گرفته شود.

• سیستم فتوولتاییکی که طراحی می‌شود باید انتظارات مصرف کنندگان را برآورده نماید. این انتظارات معمولاً شامل کاهش هزینه‌های ماهیانه برق، فواید زیست محیطی، ذخیره انرژی و غیره می‌شود. همچنین، ابعاد و جهت‌گیری آرایه‌های فتوولتاییک باید به گونه‌ای انتخاب و تنظیم شوند که بتوانند میزان انرژی مورد نظر را تأمین کنند.
• لازم است اطمینان حاصل شود که پشت بام و دیگر مکان‌های نصب تجهیزات فتوولتاییک، توانایی تحمل وزن پانل‌‌ها و تجهیزات مربوطه را دارند. برای تمام تجهیزات مورد استفاده در فضای باز، باید مواد مقاوم در برابر نور خورشید و هوا مورد استفاده قرار گیرد. پانل‌ها باید در مکانی نصب شوند که میزان سایه ایجاد شده به وسیله تجهیزات مجاور، شاخ و برگ درختان، لوله‌ها و غیره به کمترین میزان خود برسد.

روند کلی طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

سیستم‌های فتوولتاییک به دو صورت متصل به شبکه و مستقل از شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند. اصول طراحی هر دو نوع با هم یکسان است. با این تفاوت که سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه در محل‌هایی بکار گرفته می‌شوند که دسترسی به شبکه اصلی برق موجود است و بارهای متصل به این سیستم‌ها، امکان تغذیه از طریق شبکه برق را نیز دارا هستند و امکان ارسال توان به شبکه برق از طریق این سیستم‌ها وجود دارد. اما سیستم‌های فتوولتاییک مجزا از شبکه می‌بایست به تنهایی تمام بار مصرفی محلی را تأمین نمایند.

پایش سیستم‌های فتوولتاییک

پایش سیستم‌های فتوولتاییک مستقل از شبکه می‌تواند اطلاعات مفیدی در زمینه بهر‌ه‌برداری و اینکه چگونه عملکرد آنها بهبود یابد، در اختیار بهر‌ه‌بردار قرار دهد، ولی اگر داد‌ه‌ها به درستی گزارش نشوند، این تلاش‌ها بیهوده خواهد بود. برای مفید بودن این گزارش‌ها باید اطلاعات مرتبط و مفید بهره‌برداری به شکلی مناسب و قابل فهم گزارش شوند. پارامترهای عملکردی مناسب باید انتخاب شوند و به روزسازی گزارشات نیز باید به طور منظم انجام شود. در بعضی موارد لازم است اطلاعات خاصی برای بهبود وضعیت پایش و گزارش داده شوند.

محدوده‌ی ولتاژ کاری سیستم‌های فتوولتاییک

ظرفیت سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه توزیع معمولاً در مقایسه با نیروگاه‌های بزرگ سنتی بسیار کمتر است و تأثیری بر روی ولتاژ شبکه ندارد، لذا این نوع سیستم‌ها در حالت منبع جریانی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند و وظیفه‌ی تنظیم ولتاژ را ندارند. به همین دلیل محدوده‌ی مجاز ولتاژ سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه بر طبق دستورالعمل حفاظتی آن‌ها تعیین می‌شود.

سیستم‌های فتوولتاییک کوچک باید توانایی ادامه کار طبیعی در طول اغتشاشات کوچکی که در شبکه بوجود می‌آید و در محدوده مجاز هستند را داشته باشند. از نظر صاحبان سیستم‌های فتوولتاییک و بهره‌بردار شبکه، بهترین انتخاب برای تعیین محدوده مجاز باید به گونه‌ای است که نویز حاصل از قطع سیستم‌های فتوولتاییک حداقل باشد.

فهرست مطالب نشریه شماره ۶۶۷

فصل ۱ در رابطه با معرفی انرژی خورشیدی و سیستم‌‌های فتوولتاییک بحث می‌کند. در فصل ۲ ابتدا اصول و تمهیدات اولیه لازم برای طراحی سیستم‌های فتوولتاییک عنوان می‌شود. سپس به طراحی یک سیستم فتوولتاییک با توجه به اهداف و قیود تعیین شده پرداخته می‌شود.

اصول ایمنی مانند حفاظت جان افراد، اصول مکانیکی مانند سازه نگهدارنده و اصول الکتریکی مانند افت ولتاژ و غیره همگی مواردی هستند که در نصب سیستم‌های فتوولتاییک باید مورد توجه قرار بگیرند. در فصل ۳ نکات مربوط به نصب سیستم‌های فتوولتاییک معرفی و بررسی می‌شود.

در فصل ۴ طراحی سیستم‌های مستقل از شبکه به گونه‌ای است که مستقل از شبکه برق سراسری عمل نموده و جهت تغذیه بار طراحی می‌شوند. از آنجایی که واحد خورشیدی قابلیت تولید پیوسته توان را ندارد برای تغذیه مناسب و مطمئن بار حتما باید واحد به سیستم ذخیره ساز انرژی مجهز شود.

در فصل ۵ به بررسی الزامات اتصال سیستم‌های فتوولتاییک به شبکه که شامل محورهای کیفیت توان، ایمنی و حفاظت است، پرداخته می‌شود. در مبحث کیفیت توان مسائل اغتشاشات ولتاژ، هارمونیک و غیره و در مبحث ایمنی و حفاظت موضوعات جریان DC، تراسفورماتور مجزاساز، حفاظت در مقابل موج ضربه و غیره مورد بررسی قرار می‌گیرند.

در فصل ۶ جداول مشخصات فنی و نقشه‌های مورد نیاز برای طراحی سیستم‌های فتوولتاییک ارائه می‌شود. جداول مشخصات فنی شامل فهرست پارامترهای مشخصه ماژو‌ل‌های فتوولتاییک، دنبا‌ل‌کننده (ردیابهای خورشیدی، مبدل‌ها، باتری‌ها و کنترل‌کننده‌های شارژ) هستند.

در فصل ۷ ، فهرست استانداردهای مورد استفاده در طراحی، نصب و اجرای سیستم‌های فتوولتاییک در دو بخش استانداردهای بین المللی و استانداردهای سازمان ملی استاندارد ایران ارائه می‌شود.

انرژی خورشیدی و سیستم‌های فتوولتاییک

• سیستم‌های فتوولتاییک
• طبقه بندی تیپ سیستم‌های فتوولتاییک از لحاظ کاربری
• اجزای سیستم فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک با توجه به مشخصات کاربری و اقلیم

• اصول طراحی سیستم‌های فتوولتاییک
• روند کلی طراحی سیستم‌های فتوولتاییک
• طراحی سیستم فتوولتاییک برای یک منزل مسکونی
• طراحی سیستم فتوولتاییک برای یک واحد آموزشی

راهنمای تیپ نصب سیستم‌های فتوولتاییک

• نصب آرایه‌های خورشیدی
• ملاحظات سیم کشی سیستم‌های فتوولتاییک
• زمین کردن
• قطع کننده و نمایشگر

راهنمای بهره‌برداری سیستم‌های فتوولتاییک مستقل از شبکه

• تعیین ابعاد آرایه فتوولتاییک
• تعیین سیستم ذخیره ساز
• دسترس پذیری
• پایش سیستم فتوولتاییک

راهنمای بهره‌برداری و اتصال سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه

• محدوده ولتاژ کاری سیستم‌های فتوولتاییک
• ضریب توان
• کیفیت توان
• ایمنی و حفاظت
• پایش عملکرد سیستم فتوولتاییک و تبادل اطلاعات
• مستند سازی، آزمون‌های راه اندازی و بازرسی سامانه‌های فتوولتاییک متصل به شبکه

مشخصات فنی تجهیزات مورد نیاز برای طراحی و اجرای سیستم‌های فتوولتاییک

• ماژول فتوولتاییک
• دنبال کننده‌های خورشیدی
• مبدل
• باتری
• کنترل کننده شارژ

استاندارد‌های فتوولتاییک

• استانداردهای بین المللی مورد استفاده برای سیست م‌های فتوولتاییک
• استانداردهای سازمانی ملی استاندارد ایران برای سیسیتم‌های فتوولتاییک