طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی

معرفی طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی 5 مگاواتی

طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی نیرو گاهی  است که انرژی خود را به طور مستقیم از خورشید دریافت می کند. یک نیروگاه خورشیدی مجموعه ای از  تاسیسات است که انرژی تابشی خورشید را جمع آوری کرده و با متمرکز کردن آن، درجه حرارت های بالایی ایجاد می کند. انرژی جمع آوری شده از طریق مبدل حرارتی، ژنراتور توربین ها و یا مو تورهای بخار به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد. نیروگاه های خورشیدی بر اساس نوع متمرکز کننده ها به سه دسته تقسیم می شوند. انرژی خورشیدی یکی از پاک ترین و بزرگ ترین منابع انرژی های تجدید پذیر است که به علت نیاز نداشتن به فن آوری های پیشرفته و پرهزینه، به عنوان یک منبع مفید و تأمین کننده انرژی در اکثر نقاط جهان رو به وسعت است. 99 درصد از مجموع انرژی هایی که به زمین منتقل می گردند، منشا خورشیدی دارند.

علاوه بر روند رو به رشد قیمت انرژی های فسیلی، اثرات مخرب زیست محیطی آن ها از قبیل: آلودگی ها، افزایش دمای کره زمین و تخریب لایه ی ازن، میل به استفاده از این انرژی در دسترس را دو چندان افزایش می دهد. به طور معمول نقاطی برای این سایت ها مناسب هستند که آب و هوا و گیاهان منطقه، رطوبت و گرد وغبار زیادی را در اتمسفر ایجاد نمی کنند مانند استپ ها، بوته زار، صحراهای نیمه خشک و صحراها که به طور معمول در عرض جغرافیایی شمال یا جنوب کمتر از 40 درجه قرار دارند. از مناطق مستعد می توان به جنوب غربی ایالات متحده آمریکا، کشورهای مدیترانه ای اروپا، خاور میانه، ایران و صحرا های هند، پاکستان، چین و استرالیا اشاره نمود.

ظرفیت نیروگاه خورشیدی 5 مگاواتی سال 1400

در این طرح نیروگاه خورشیدی به ظرفیت 5 مگا وات در اراضی و باغات پلاک 44 اصلی شهرستان ری (موسوم به حاجی آباد) احداث می‌ شود. ظرفیت تولید عملی این نیروگاه سالیانه 11.000 مگا وات ساعت می‌ باشد که به شبکه برق سراسری کشور وصل می‌ شود.

وضعیت ایران از نظر انرژی تابشی خورشید

بر اساس اطلاعات جدول زاهدان، با میانگین روزانه 09/6 کیلو وات ساعت/متر مربع تابش، بالاترین میزان تابش خورشید را داراست و رشت، با میانگین روزانه 94/3 کیلو وات ساعت/ متر مربع تابش، کمترین میزان تابش را در میان مراکز استان‌ های کشور دارا می باشند. این در حالی است که از نظر استانداردهای جهانی مناطقی که میانگین تابش روزانه آنها حداقل 3 کیلووات ساعت/متر مربع باشد واجد قابلیت استفاده از نیروگاه خورشیدی هستند. لذا، از این حیث، ایران پتانسیل بالایی برای احداث نیروگاه‌ های خورشیدی و بهره برداری از آنها دارا می‌ باشد.

جدول 3: شدت تابش خورشید به تفکیک مراکز استان‌ ها

1-8- اجزای تشکیل دهنده نیروگاه خورشیدی

اجزای تشکیل دهنده یک سیستم متصل به شبکه عبارتند از: پنل خورشیدی، استراکچر (سازه)، اینورتر (مبدل)، کنتور دو طرفه و سایر تجهیزات از قبیل جعبه تقسیم، کابل، کلید، اتصالات و …

1-8-1- پنل خورشیدی

قبل از هر چیز برای تبدیل کردن انرژی خورشیدی به برق، نیازمند یک سلول خورشیدی هستیم. با توجه به اینکه یک سلول خورشیدی ولتاژی در حدود 5.0 ولت تولید میکند، به تنهایی کاربردی ندارد. برای اینکه توان خروجی بیشتری ایجاد شود، تعدادی از سلولها را با سیم به هم وصل میکنند و سپس در بسته هایی، برای محافظت در برابر عوامل محیطی و آب و هوایی، قرار میدهند. این سلولهای متصل شده به یکدیگر را، پنل می نامند. پنلها با آرایش های مختلفی در کنار یکدیگر قرار داده می‌ شوند که به آنها آرایه های فتوولتائیک می‌ گویند. باید توجه داشت که نوع آرایش آنها در کنار یکدیگر، برای دست یابی به انرژی مطلوب، از اهمیت فراوانی برخوردار است.

سلولهای خورشیدی انواع مختلفی دارند که در ادامه به بررسی آنها می‌ پردازیم.

1-8-1-1- انواع سلول های خورشیدی

سلول های خورشیدی به چند نسل مختلف تقسیم بندی می‌ شوند که هر یک از این نسل ها به لحاظ عملکرد و ساخت با هم متفاوت هستند.

شکل  5: دسته‌ بندی سلولهای خورشیدی

• سلول‌ های خورشیدی نسل اول
• سلولهای سلیکونی مونو کریستالی: این سلولها یکی از رایج‌ ترین انواع سلولهای خورشیدی در صنعت فتوولتائیک بوده و دارای بالاترین بازده در بین سلولهای خورشیدی می‌باشند. در شکل … یک پنل خورشیدی مونو کریستالی نشان داده می شود.

شکل  6: پنل خورشیدی مونو کریستال

• سلوهای خورشیدی پلی کریستال: این سلولها از دانه های ریز سیلیکون تک کریستالی ساخته شده اند. بازده این سلولها نسبت به تک کریستالیها پایینتر است اما هزینه ساخت کمتری دارند و ارزانتر می‌ باشند. در شکل … می‌ توان یک پنل خورشیدی پلی کریستال را مشاهده کرد.

شکل  7: پنل خورشیدی پلی کریستالی

• سلولهای خورشیدی نسل دوم

به این نوع سلولهای خورشیدی، لایه نازک می‌ گویند. فرایند کلی تولید این نوع سلولها به صورت رسوب یا نشست یک لایه بسیار نازک از مواد فتوولتائیک با ضخامت چند نانومتر تا چند میکرون، روی بستری با ضخامت کم از جنس شیشه، پالستیک یا فلز می باشد. تکنولوژی ساخت آنها به چهار گروه زیر تقسیم می‌ شود:

• سلولهای خورشیدی سیلیکونی آمورف: سیلیکون آمورف، یک ماده غیر کریستالی از اتم های سیلیکون است که در ساختار بلوری آنها بی نظمی وجود دارد. جذب نور بالا یکی از مهمترین مزایای اینگونه سلولها است، به طوریکه 40 برابر بیشتر از سلولهای سیلیکونی کریستالی قابلیت جذب دارند. با این حال بازده کمتری دارند و البته نسبت به دو مورد دیگر ارزان ترند.
• سلولهای خورشیدی مبتنی بر گالیم آرسناید: عملکرد این سلول‌ ها تقریبا مشابه سلولهای سلیکونی است. با این وجود سلول‌های سیلیکونی برای جذب نور خورشید نیاز به ضخامت بیشتری دارند. این در حالی است که گالیم آرسناید با ضخامت اندکی می تواند بازده جذب نوری بهتری داشته باشد. همچنین نسبت به سیلیکون کریستالی مقاومت بیشتری در برابر گرما و تشعشعات خورشیدی دارد.
• سلول‌های خورشژیدی مبتنی بر کادمیم تلوراید: این سلول خورشیدی از پلی کریستالهای کادمیم و تلوریم ساخته شده است. دارای ضریب جذب بالایی است. تنها با ضخامت در حدود یک میلیمتر می‌تواند 90 درصد طیف خورشید را جذب کند و دارای کمترین هزینه تولید در میان تکنولوژیهای فیلم نازک است.
• سلولهای خورشیدی مبتنی بر دی سلنید ایندیوم مس: این ترکیب از نیمه هادی های پلی کریستالی مس، ایندیوم و سلنیوم تشکیل شده است. دارای قدرت جذب بالا است که می‌ تواند با ضخامت 5/0 میلی‌ متر 90 درصد طیف خورشید را جذب کند و دارای بالاتری راندمان در میان تکنولوژیهای فیلم نازک است.

شکل …  یک پنل خورشیدی فیلم نازک را نشان می‌ دهد.

شکل  8: پنل خورشیدی لایه نازک

• سلولهای خورشیدی نسل سوم

مبتنی بر مواد آلی هستند و در مقایسه با سایر سلولها بازده بسیار کمتری دارند. اما به دلیل هزینه ساخت پایین و همچنین قابلیت هایی مانند انعطاف پذیری، برای مصارف غیر صنعتی مفید هستند. این سلول‌ها به چهار دسته تقسیم می‌ شوند که هنوز به مرحله تجاری نرسیده‌ اند

• سلولهای خورشیدی حساس شده به رنگ
• سلولهای خورشیدی پلیمری
• سلولهای خورشیدی کریستال مایع
• سلولهای خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی

شکل  9: بازدهی سلول‌های خورشیدی

1-8-2- استراکچر (سازه) نیروگاه خورشدی

در سیستم های خورشیدی، استراکچر، نگهدارنده پنل ها می باشد و در ایران با توجه به استانداردهای «ساتبا» ساخته می‌شود.

انواع استراکچر:

• استراکچر ثابت: در این نوع ابتدا بهترین موقعیت قرار گیری پنلها را مشخص نموده (که معمولا در کشور ما رو به جنوب و با زاویه بین 20 الی 30 درجه بسته به منطقه جغرافیایی) و سپس پایه ها را در مکان مورد نظر ثابت می‌نمایند

این روش ارزانترین روش نصب پنل خورشیدی می‌ باشد.

• استراکچر متغیر: استراکچر هایی است که قابلیت تغییر زاویه از حدود 10 تا 65 درجه را داشته باشند. با توجه به تغییر زاویه خورشید در فصول متفاوت سال بهترین حالت قرار گیری پنل را مشخص نموده و زاویه قرار گیری پنل را در همان حالت قرار می‌دهیم. بازده این روش حدوداً تا 20 درصد نسبت به روش ثابت بیشتر است
• استراکچر هوشمند (دنبال کننده خورشید): این روش خود به دو حالت یک بعدی (حرکت افقی از شرق به غرب) و دو بعدی (حرکت عمودی از پایین به بالا) تقسیم می شود که در هر زمان بهترین حالت قرار گیری پنل ها محاسبه شده و استراکچرها بسته به محور قابل تغییرشان بصورت اتوماتیک در بهترین موقعیت قرار می‌گیرند.بازده این روش بین 15 الی 30 درصد افزایش می‌یابد ولی قیمت پیاده سازی آن زیاد است و صرفه اقتصادی ندارد فقط در مکان ها و کاربردهایی که محدودیت فضا و وزن دارند استفاده می‌شود.

در ایران برای نیروگاههای کیلو واتی معمولا از استراکچرهای ثابت استفاده می‌ کنند.

1-8-3- اینورتر (مبدل) نیروگاه خورشدی

وسیله‌ ای است که جریان مستقیم (DC)  را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. اینورترهای خورشیدی به دو نوع منفصل از شبکه و متصل به شبکه تقسیم می‌شوند. در نوع متصل به شبکه، اینورتر بین پنلهای خورشیدی و شبکه سراسری قرار می‌گیرد. توان تولیدی را مستقیما مصرف کرده یا به شبکه تزریق می کند.

ولتاژ ورودی به اینورتر، مربوط به ولتاژ پنل است. توان خروجی از اینورتر هم مربوط است به حداکثر توانی که سیستم برای آن طراحی شده است.

شکل  10: اینورتر

1-8-4- کنتور دو طرفه نیروگاه خورشیدی

این نوع کنتور میزان برقی را که به شبکه تزریق می شود و یا از شبکه دریافت می شود را محاسبه و ثبت می‌کند. لازم به ذکر است کنتور توسط شرکت توزیع برق نصب می گردد و هزینه بر عهده مشترک می باشد.

نکته: الزامی برای نصب کنتور دو طرفه نیست. می توان برای تزریق برق تولید شده از یک کنتور مستقل استفاده کرد.

شکل  11‌: کنتور برق دو طرفه

1-8-5- سایر تجهیزات نیروگاه خورشیدی

برای راه اندازی سیستم برق خورشیدی به قطعات الکتریکی از قبیل تابلو برق، انواع کابل های DC و AC ،اتصاالت، فیوز و … نیاز است.

1-8-6- چاه ارت نیروگاه خورشیدی

وظیفه چاه ارت، وصل کردن هرگونه جریان الکتریکی به زمین است که این عملکرد بیشتر برای جلوگیری از برق گرفتگی صورت میگیرد. در وصل کردن چاه ارت جریان الکتریکی، باید دقت قابل توجهی انجام شود. گاهی در مواردی این سیم اتصال را به جای نادرستی متصل کرده اند که کار بسیار خطرناکی است.