سیستم های خورشیدی راه حلی برای انرژی های رو به پایان

بدترین نقطه ایران از نظر تابشی مانند مناطق شمالی کشور، از بهترین نقطه کشور آلمان در شرایط بهتری از نظر تابش های خورشیدی برخوردار است و این در حالی است که آلمان در رتبه های 4 و 5 دنیا از نظر اجرای نیروگاه های خورشیدی قرار دارد. ایران با تابشی بین 4.5 الی 7.5 کیلووات ساعت بر مترمربع، از پتانسیل بسیار بالایی برای استفاده از این انرژی تجدیدپذیر برخوردار است، اما متاسفانه از نظر ساخت و اجرای نیروگاه های خورشیدی در شرایط مناسبی قرار نداریم.

سیستم های خورشیدی را می توان به 3 دسته کلی تقسیم کرد:

1.متصل به شبکه (On Grid)

در این نوع ما با استفاده از پنل خورشیدی و اینورتر نور خوشید را تبدیل به انرژی الکتریکی کرده و به شبکه تحویل می دهیم.

2.منفصل از شبکه (Off Grid)

این نوع بیشتر در روستاها و مناطق عشایری که اصلا برق وجود نداره و دسترسی به آن وجود ندارد به کار می رود.  این سیستم متشکل است از پنل خورشیدی، شارژکنترلر، اینورتر و منبع ذخیره سازی که باتری ها هستند.

3.هیبریدی

متشکل از 2 سیستم قبلی می باشید. یعنی در زمانی که بار کم است انرژی الکتریکی در سیستم ذخیره سازی، ذخیره می شود. و در زمان اوج (پیک) بار برق را به شبکه تزریق می کنیم.

به طور کلی سیستم خورشیدی از پنل خورشیدی، سازه فلزی، پایه های اتصال به زمین، کابل کشی های DC و  AC، تجهیزات حفاظتی برقی و .... تشکیل شده است.

ابزارهای شبیه سازی نیروگاه های خورشیدی

نرم افزارهای متفاوتی در این زمینه وجود دارد. به طور مثال نرم افزار هومر که هم طراحی سیستم خورشیدی و هم تحلیل اقتصادی را به طور همزمان انجام می دهد. نرم افزار pvsol نیز یکی دیگر از نرم افزارهای خوب این حوزه است. اما رایج ترین آن ها PVsyst است که در اینجا به ویژگی های آن بیان می شود. در اولین نگاه نرم افزار، محیط سه بعدی خوبی برای شبیه سازی ها و بحث های ایجاد سایه دارد که می توان بررسی کرد میزان تولید تا حد خواهد بود. در PVsyst می توان در کمیت های مختلف تابش و دما که خود نرم افزار ارائه می دهد، تغییرات اعمال کرد و نتایج شرایط مختلف در آن منطقه را به طور کامل مشاهده کرد. ویژگی دیگر این نرم افزار ایجاد ارتباط ساده با طراح و رابط کاربری مناسبی است که دارد. این ویژگی به طراح برای آرایش بندی (string) بندی کمک می کند. جامع و کامل بودن دیتابیس از دیگر مزیت های PVsyst است که باعث شده در آن انواع سایزبندی اینورتر، شارژ کنترلر، پنل خورشیدی و .... وجود داشته باشد. حتی اگر در طراحی ها به تجهیزی نیاز شد که در دیتابیس نرم افزار وجود نداشت، میتوان فایل اطلاعات آن تجهیز را از شرکت های تولید کننده دریافت کرد و با پسوند صحیح در نرم افزار فراخوانی کرد. در واقع محدودیتی از نظر تجیهزات در PVsyst وجود ندارد.

این مزایا سبب شده است، در بیشتر زمینه های تحقیقاتی و صنعتی در جهان PVsyst جزو اولین گزینه های مورد انتخاب مهندسین طراح باشد. در ایران نیز PVsyst جزو اولین نرم افزارهایی است که مورد تایید دفترچه های فنی قرار دارد.

روند شبیه سازی سیستم فتوولتائیک

نرم افزار PVsyst دو حالت طراحی به کاربران ارائه می دهد. یک حالت طراحی مقدماتی و یک حالت طراحی اصلی. در حالت مقدماتی، یک طراحی با پارامتر کلی (در زمان کوتاه) صرفا نوع پنل و موقعیت آن و چند پارامتر ساده  را انتخاب می کنیم و نرم افزار خروجی کلی این نیروگاه را ارائه می دهد.

در طراحی اصلی اولین ورودی انتخاب لوکیشن پروژه است، در واقع ما بعنوان کاربر، موقعیت را مشخص می کنیم تا نرم افزار اطلاعات آب و هوایی و جغرافیایی آن محل را استخراج کند و در شبیه سازی استفاده کند. مرحله بعدی انتخاب زاویه بهینه پنل ها است. اینکه زاویه چند درجه در چه راستایی با چه میزان زاویه آزیموت () و تیلت () باشد. انتخاب نوع تجهیزات، به طور مثال پنل از نوع مونوکریستال باشد یا پلی کریستال و از چه برندی باشد. و به همین صورت در مورد انواع اینورترها و سایر تجهیزات نرم افزار امکان انتخاب و هماهنگ کردن تجهیزات مختلف را به شما می دهد.

موضوع دیگری که در طراحی اصلی قابل بررسی است، میزان تلفات است. به طوریکه طراح می تواند حتی تلفات محیطی را در شبیه سازی ها، دخیل کند. به طور مثال در نیروگاه های بزرگ (مگاواتی) پارامترهایی مثل تلفات کابلی (AC و DC) و تلفات مبدل ها (transmafor) قابل استفاده در شبیه سازی ها است.

البته صرفا آموزش و مهارت کار با نرم افزار نمی تواند منجر به طراحی صحیح یک نیروگاه شود. PVsyst مانند همه نرم افزارهای دیگر، ابزاری است که متناسب با ورودی ها، خروجی ارائه می دهد. در واقع دانش مهندس طراح و آموزشی که در زمینه استانداردها دیده است و اشرافی که در زمینه اجرای نیروگاه ها دارد، نقش اصلی را ایفا می کند. به همین دلیل هر ریپورت خروجی از نرم افزاری قابل اجرا نیست.

بهترین حالت این است که از ابتدا در نرم افزار پارامترها طبق اصول و استاندارد و باتوجه به قابل اجرا بودن، در نظر گرفته شود. به طور مثال در شبیه سازی ها اعداد فرضی و غیر منطقی برای کابل ها انتخاب نشود. این روند کمک می کند همزمان با انجام شبیه سازی، اقلام مورد نیاز و میزان هر کدام نیز به دست آید.

تحلیل اقتصادی

نرم افزار PVsyst قابلیت انجام تحلیل اقتصادی نیروگاه خورشیدی را دارد، اما در بین مهندسین طراح و پیمان کاران استفاده از PVsyst به این منظور ، متداول نیست. ابزاری که برای تحلیل و ارزیابی های اقتصادی بین کاربران رایج شده نرم افزار رت اسکرین (RETScreen) است. بنابراین آنالیزهای اقتصادی، مباحث مربوط به سرمایه گذاری، بازگشت سرمایه و .... در رت اسکرین انجام می شود و صرفا پارامترهای فنی و اجرایی در PVsyst شبیه سازی و بررسی می شود.

نویسنده: ستاره دهقان کارشناس دپارتمان تاسیسات و انرژی گروه آموزشی پارس پژوهان