نشریه شماره ۶۶۷
در سالهاي اخير، به دليل محدوديت و گراني سوختهاي فسيلي و مسائل زيست محيطي، استفاده از انرژيهاي نو، رشد بسياري داشته است. تابش خورشيد بزرگترين منبع تجديدپذير انرژي روي كره زمين است و اگر فقط يك درصد از صحراهاي جهان با نيروگاههاي خورشيدي به كار گرفته شوند، همين مقدار براي توليد برق سالانه جهان كافي خواهد بود. يكي از اقدامات مورد نياز براي آماده سازي شرايط لازم جهت استفاده گستردهتر از سيستمهاي فتوولتاييك، تدوين اسناد فني حاوي مشخصات فني و دستورالعملها و الزامات مرتبط با به كارگيري اين سيستمهاست. در اين راستا، نشریه شماره ۶۶۷ از سوي سازمان مدیریت و برنامه ريزي با عنوان راهنماي طراحي سيستمهاي فتوولتاييك به منظور تأمين انرژي الكتريكي به تفكيك اقليم و كاربري در قالب يكي از معيارها و ضوابط مورد نياز صنعت برق تعريف شده و در راستاي انجام آن نشریه شماره ۶۶۷ تدوین شده است.
كشور ايران در منطقهاي با ميزان بالايي از جذب انرژي خورشيدي قرار گرفته است. بنابراين، بايد سياستها و راهكارها طوري تنظيم شود كه بتوان از اين منبع انرژي بيشترين بهره را گرفت. سيستمهاي فتوولتاييك به صورت واحدهاي متصل به شبكه سراسري برق يا مستقل از آن جهت تأمين انرژي الكتريكي به كار گرفته ميشوند. استفاده از سيستمهاي فتوولتاييك در حالت مستقل از شبكه، ميتواند در جهت تأمين انرژي الكتريكي مصرف كنندگاني كه به شبكه توزيع برق به علت شرايط جغرافيايي دسترسي ندارند، بسيار مقرون به صرفه و مشكل گشا باشد. همچنين در مورد مصرف كنندگان متصل به شبكه نيز، استفاده از سيستمهاي فتوولتاييك گام مهمي در بهبود مديريت مصرف محسوب ميشود.
سيستمهاي فتوولتاييك
تبديل مستقيم انرژي خورشيد به الكتريسيته معمولاً به وسيله سلولهاي فتوولتاييك صورت ميگيرد كه از اثر فتوولتاييك استفاده ميكنند. اثر فتوولتاييك بر اساس اثر متقابل فوتونهايي با انرژي برابر يا بيش از انرژي باند ممنوعه مواد فتوولتاييك است. ماژولهاي فتوولتاييك انرژي خورشيد را بدون آلودگي و سر و صدا و نوسانات به الكتريسيته تبديل ميكنند. انرژي خورشيد چگالي انرژي كمي دارد و بنابراين، ماژولهاي فتوولتاييك بايد سطح زيادي داشته باشند تا بتوانند انرژي كمي توليد كنند.
طبقه بندي تيپ سيستمهاي فتوولتاييك از لحاظ كاربري
بطور كلي سيستمهاي فتوولتاييك با توجه كاربردشان به دو گروه دسته بندي ميشوند.
- واحدهاي فتوولتاييك متصل به شبكه
- واحدهاي فتوولتاييك مجزا از شبكه
لازم به ذكر است كه كاربري ديگر سيستمهاي فتوولتاييك به صورت چندگانه ميباشد كه در اين حالت سيستم فتوولتاييك در كنار منابع ديگر مانند توربين باد يا ديزل، تغذيه بار را انجام ميدهند.
اجزاي سيستم فتوولتاييك
تجهيزات مورد نياز براي توليد برق از انرژي خورشيدي شامل موارد زیر است.
- آرايهي فتوولتاييك
- سيستمهاي دنبال كنندهي تابش خورشيد
- اينورتر يا مبدل الكترونيك قدرت AC/DC
- ذخيره ساز
- دنبال كننده حداكثر توان
- ساير تجهيزات
اصول طراحي سيستمهاي فتوولتاييك
به طور كلي براي طراحي سيستم فتوولتاييك بايد اصول اوليه زير نظر گرفته شود.
- سيستم فتوولتاييكي كه طراحي ميشود بايد انتظارات مصرف كنندگان را برآورده نمايد. اين انتظارات معمولاً شامل كاهش هزينههاي ماهيانه برق، فوايد زيست محيطي، ذخيره انرژي و غيره ميشود. همچنين، ابعاد و جهتگيري آرايههاي فتوولتاييك بايد به گونهاي انتخاب و تنظيم شوند كه بتوانند ميزان انرژي مورد نظر را تأمين كنند.
- لازم است اطمينان حاصل شود كه پشت بام و ديگر مكانهاي نصب تجهيزات فتوولتاييك، توانايي تحمل وزن پانلها و تجهيزات مربوطه را دارند. براي تمام تجهيزات مورد استفاده در فضاي باز، بايد مواد مقاوم در برابر نور خورشيد و هوا مورد استفاده قرار گيرد. پانلها بايد در مكاني نصب شوند كه ميزان سايه ايجاد شده به وسيله تجهيزات مجاور، شاخ و برگ درختان، لولهها و غيره به كمترين ميزان خود برسد.
روند كلي طراحي سيستمهاي فتوولتاييك
سيستمهاي فتوولتاييك به دو صورت متصل به شبكه و مستقل از شبكه مورد استفاده قرار ميگيرند. اصول طراحي هر دو نوع با هم يكسان است. با اين تفاوت كه سيستمهاي فتوولتاييك متصل به شبكه در محلهايي بكار گرفته ميشوند كه دسترسي به شبكه اصلي برق موجود است و بارهاي متصل به اين سيستمها، امكان تغذيه از طريق شبكه برق را نيز دارا هستند و امكان ارسال توان به شبكه برق از طريق اين سيستمها وجود دارد. اما سيستمهاي فتوولتاييك مجزا از شبكه ميبايست به تنهايي تمام بار مصرفي محلي را تأمين نمايند.
پايش سيستمهاي فتوولتاييك
پايش سيستمهاي فتوولتاييك مستقل از شبكه ميتواند اطلاعات مفيدي در زمينه بهرهبرداري و اينكه چگونه عملكرد آنها بهبود يابد، در اختيار بهرهبردار قرار دهد، ولي اگر دادهها به درستي گزارش نشوند، اين تلاشها بيهوده خواهد بود. براي مفيد بودن اين گزارشها بايد اطلاعات مرتبط و مفيد بهرهبرداري به شكلي مناسب و قابل فهم گزارش شوند. پارامترهاي عملكردي مناسب بايد انتخاب شوند و به روزسازي گزارشات نيز بايد به طور منظم انجام شود. در بعضي موارد لازم است اطلاعات خاصي براي بهبود وضعيت پايش و گزارش داده شوند.
محدودهي ولتاژ كاري سيستمهاي فتوولتاييك
ظرفيت سيستمهاي فتوولتاييك متصل به شبكه توزيع معمولاً در مقايسه با نيروگاههاي بزرگ سنتي بسيار كمتر است و تأثيري بر روي ولتاژ شبكه ندارد، لذا اين نوع سيستمها در حالت منبع جرياني مورد بهرهبرداري قرار ميگيرند و وظيفهي تنظيم ولتاژ را ندارند. به همين دليل محدودهي مجاز ولتاژ سيستمهاي فتوولتاييك متصل به شبكه بر طبق دستورالعمل حفاظتي آنها تعيين ميشود.
سيستمهاي فتوولتاييك كوچك بايد توانايي ادامه كار طبيعي در طول اغتشاشات كوچكي كه در شبكه بوجود ميآيد و در محدوده مجاز هستند را داشته باشند. از نظر صاحبان سيستمهاي فتوولتاييك و بهرهبردار شبكه، بهترين انتخاب براي تعيين محدوده مجاز بايد به گونهاي است كه نويز حاصل از قطع سيستمهاي فتوولتاييك 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 تمهيدات اوليه لازم براي طراحي سيستمهاي فتوولتاييك عنوان ميشود. سپس به طراحي يك سيستم فتوولتاييك با توجه به اهداف و قيود تعيين شده پرداخته ميشود.
اصول ايمني مانند حفاظت جان افراد، اصول مكانيكي مانند سازه نگهدارنده و اصول الكتريكي مانند افت ولتاژ و غيره همگي مواردي هستند كه در نصب سيستمهاي فتوولتاييك بايد مورد توجه قرار بگيرند. در فصل ۳ نكات مربوط به نصب سيستمهاي فتوولتاييك معرفي و بررسي ميشود.
در فصل ۴ طراحي سيستمهاي مستقل از شبكه به گونهاي است كه مستقل از شبكه برق سراسري عمل نموده و جهت تغذيه بار طراحي ميشوند. از آنجايي كه واحد خورشيدي قابليت توليد پيوسته توان را ندارد براي تغذيه مناسب و مطمئن بار حتما بايد واحد به سيستم ذخيره ساز انرژي مجهز شود.
در فصل ۵ به بررسي الزامات اتصال سيستمهاي فتوولتاييك به شبكه كه شامل محورهاي كيفيت توان، ايمني و حفاظت است، پرداخته ميشود. در مبحث كيفيت توان مسائل اغتشاشات ولتاژ، هارمونيك و غيره و در مبحث ايمني و حفاظت موضوعات جريان DC، تراسفورماتور مجزاساز، حفاظت در مقابل موج ضربه و غيره مورد بررسي قرار ميگيرند.
در فصل ۶ جداول مشخصات فني و نقشههاي مورد نياز براي طراحي سيستمهاي فتوولتاييك ارائه ميشود. جداول مشخصات فني شامل فهرست پارامترهاي مشخصه ماژولهاي فتوولتاييك، دنبالكننده (رديابهاي خورشيدي، مبدلها، باتريها و كنترلكنندههاي شارژ) هستند.
در فصل ۷ ، فهرست استانداردهاي مورد استفاده در طراحي، نصب و اجراي سيستمهاي فتوولتاييك در دو بخش استانداردهاي بين المللي و استانداردهاي سازمان ملي استاندارد ايران ارائه ميشود.
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
