آشنایی با سیستم های فتوولتاییک و طراحی این سیستم ها
امتیاز
به این پست امتیاز دهید
[تعداد: 0 میانگین: 0]

هدف از این مقاله آشـنایی بـا آشنایی با سیستم های فتوولتاییک، انـواع سیسـتم های فتوولتائیك وآشـنایی بـا اجـزای سیسـتم فتوولتائیـك، همچنین نحـوۀ طراحی، نصـب و راهانـدازی سیسـتمهای فتوولتائیك اسـت. از دیگـر اهـداف ایـن مقاله چگونگـی طراحـی این سیسـتمها بـا محاسـبات ریاضی یـا با اسـتفاده از نرم افزار است.

استاندارد عملکرد

پـس از اتمـام واحـد طراحـی و نصـب سیسـتم هـای فتوولتائیك ، هنرجویـان قادر به ظرفیتسـنجی و اسـتخراج اطلاعـات مـورد نیـاز بـرای طراحـی سیسـتم  فتوولتائیـك، طراحی یك سیسـتم بـه وسـیله نرمافزار یا محاسـبات ریاضـی، انتخـاب تجهیـزات مـورد نیـاز و همچنین نصـب و راه انـدازی یك سیسـتم فتوولتائیـك خواهند بود.

توسـعة شـگرف علـم و فنـاوري در جهـان امـروز ظاهـراً آسـایش و رفـاه زندگي بشـر را موجب شـده، لیکن اینتوسـعه یافتگـي ، بـرای انسـان هـا مایة بروز مشـکلات تـازهاي نیز گردیده اسـت. به هرحـال مي دانیـم که نفت و مشـتقات آن از سـرمایه هـاي ارزشـمند ملـي و حیاتـي کشـورند و مصـرف غیر بهینـة از آنها گاهـي زیانهاي جبـران ناپذیـري را ایجـاد مينمایـد. از ایـن رو صاحب نظـران و کارشناسـان بـه دنبـال منابعـي هسـتند کـه به تدریـج جایگزین سـوختهاي فسـیلي نمایند. سـوختهاي فسـیلي موجـب آلودگيهـاي زیسـت محیطـي فراوانـی میشـوند.

بـه عبـارت دیگـر از یـك طرف در نتیجة سـوختن مواد فسـیلي گازهاي سـمي وارد محیط زیسـت میشـوند و تنفس انسـان را دچار مشـکل ميسـازند و محیـط زیسـت را نیـز آلـوده میکننـد و از طـرف دیگـر، تراکم این گازهـا در جو زمیـن مانع خروج گرمـــا از اطـراف زمیـن مي شـود و به افزایش دمـاي هوا و تغییرات گسـترده آب و هوایي در زمیـن ميانجامد. متخصصـان بـر ایـن باورنـد کـه بـا اسـتفاده از انرژيهـاي پـاك، نظیـر انـرژي خورشـیدي بـه جـاي انرژيهاي حاصـل از سـوختهاي فسـیلي میتـوان از آلودگيهـاي زیسـت محیطـي و خطـرات مترتـب بـر آن جلوگیـري کرد.

ایـران کشـوری اسـت کـه بـه گفتـة متخصصان این فـن با وجـود داشـتن ۳۰۰روز آفتابـی در بیش از دو سـوم آن و متوسـط تابـش ۴/۵ – ۵/۵کیلـووات سـاعت بـر متـر مربـع در روز، یکـی از کشـورهای بـا ظرفیـت بالا درزمینـهء انـرژی خورشـیدی معرفی شـده اسـت. برخـی از کارشناسـان انـرژی خورشـیدی گام را فراتـر نهادهاید و در حالتـی آرمانـی ادعـا میکننـد کـه ایـران در صـورت تجهیـز مسـاحت بیابانی خود بـه سـامانه های دریافت انـرژی تابشـی، میتوانـد انـرژی مـورد نیـاز بخشهـای گسـتردهای از منطقـه را نیـز تأمیـن کنـد و در زمینـه صـادرات انـرژی برق فعال شـود.  کاربـرد انـرژی خورشـیدی بـه قـرن هفتـم قبـل از میـلاد مسـیح بـاز مـی گـردد. از انـرژی خورشـیدی بـرای گرمایـش، پخـت و پـز، روشـنائی و روشـن نمودن آتش اسـتفاده می کردنـد. یونانیان و رومیان باسـتان معماری هایـی را بـرای اسـتفاده از نـور و گرمایـش انـرژی خورشـیدی در داخـل سـاختمان خود داشـته اند.

اسـتفاده از انـرژی خورشـیدی در بسـیاری از مناطق باعث حل مشـکلات بسـیاری گشـته اسـت. بـرای مثال از طـرح بـرق رسـانی روسـتایی مـی توان نـام برد. این طـرح از اسـتان قزوین آغاز و سـپس در اسـتانهای گیلان، زنجـان، بوشـهر، یـزد و کردسـتان اجـرا گردیـد. در ایـن پـروژه، نصـب سیسـتمهای فتوولتائیـك جهت بـرق رسـانی به روسـتاهای فاقد برق و بـه صورت پایلوت بـا موفقیت انجـام شـده اسـت. برقـراری عدالـت اجتماعـی و امـکان اسـتفاده ازتسـهیلات انـرژی و یارانـه هـای دولتـی بـرای تمامی اقشـار جامعه و تأمیـن انـرژی الکتریکـی خانوارهـای روسـتایی توسـط سیسـتمهای فتوولتائیـك از مزایـای بسـیار مهـم این طرح اسـت.
از نمونه هـای دیگـر، اسـتفاده از پمپ آب خورشـیدی اسـت. با توجه بـه وسـعت بسـیار زیـاد زمینهـای کشـاورزی در سـطح کشـور و ضـرورت آبرسـانی از طریـق چاه هـای عمیـق، اسـتفاده از پمپهای خورشـیدی در راسـتای اسـتفاده از انـرژی بـرق رایـگان، توسـعة کشـاورزی در مناطـق محـروم و کاهـش هزینههای بخش کشـاورزی را امکان پذیر می سازد.

سیستمهای فتوولتائیک

سیسـتمهاي فتوولتائیـك بـه دلیـل داشـتن مزایـای متعـدد، کاربـرد فـراوان دارنـد. عمـر طولاني (حـدود ۲۰ سـال،) قابلیـت نصـب و راه اندازي در شـرایط جغرافیایـي ویژه مانند مناطـق صعب العبور و کوهسـتاني، قابلیت اسـتفاده در سیسـتمهاي متحرك، نگهداري آسـان، نداشـتن وابسـتگي به شـبکه در نقاط دوردسـت و داشـتن قابلیـت اسـتفاده بـه صـورت متصـل بـه شـبکه، همه مزایایي هسـتند کـه آینـده درخشـاني را براي اسـتفاده از سیسـتمهاي فتوولتاییـك ترسـیم میکننـد. تبدیل مسـتقیم انرژي خورشـید به الکتریسـیته، معمولاً به وسـیلة سلولهاي فتوولتاییك صورت ميگیرد.

طبقه بندي تیپ سیستم هاي فتوولتائیک از لحاظ کاربري


*واحدهاي فتوولتائیك متصل به شبکه


*واحدهاي فتوولتائیك مجزا از شبکه

اصول طراحی سیستمهای فتوولتائیک


طراحـي سیسـتم فتوولتائیـك شـامل انتخاب مـاژول فتوولتائیك ، تعییـن تعداد ماژول موردنیـاز، تعیین نحوۀ چیدمـان مـاژول هـا بـه منظور تشـکیل آرایـة فتوولتائیـك ، انتخاب ظرفیت مبدل، تعیین مشـخصات سیسـتم ذخیـره (در صـورت نیـاز) و تعییـن مشـخصات سـایر اجـزاي جانبي سیسـتم فتوولتائیك اسـت. کلیـة مراحل مذکـور بـه منظـور دسـتیابي بـه هـدف تعیین شـده طراحي می شـود. بنابرایـن براي شـروع طراحي بایـد ابتدا هـدف و منظـور از طراحـي سیسـتم فتوولتائیـك تعییـن گـردد. عواملـي مانند کاربـري هاي مختلف سیسـتم هـاي فتوولتاییـك، شـرایط محیطـي و اقلیمـي، محدودیتهـاي مکانـي و مالـي مي تواننـد تعیین کننـده معیار طراحي باشـند. مشـخصات سیسـتمهاي فتوولتائیـك اقتضـا ميکنـد کـه در مراحـل طراحـي، تأثیـر عوامـل مختلـف لحـاظ گـردد. ایـن عوامـل مختلـف عبارتانـد از: شـرایط آب وهوایـي، آلودگيهاي محیطـي، وضعیت تابش خورشـید، مشـخصات مصـرف کننـده هـاي انـرژي الکتریکـي، میـزان بهـره وري اجـزاي سیسـتم فتوولتاییـك و سـایر مشخصات

روند کلي طراح يسیستم های فتوولتائیک

سیسـتم هـاي فتوولتائیك به دو صـورت متصـل به شـبکه و مسـتقل از شـبکه مورد اسـتفاده قـرار ميگیرند. اصـول طراحي هـر دو نوع با هم یکسـان اسـت؛ بـا ایـن تفـاوت که سیسـتم هـاي فتوولتائیـك متصـل به شـبکه در محـل هایي بـه کار گرفته مـي شـوند که دسترسـي به شـبکة اصلـي برق موجود اسـت و بارهـاي متصل به این سیسـتم ها، امـکان تغذیه از طریـق شـبکة بـرق را نیـز دارا هسـتند و امـکان ارسـال تـوان به شـبکة بـرق از طریـق این سیسـتم ها وجود دارد. امـا سیسـتم هـاي فتوولتائیـك مجـزا از شـبکه باید بـه تنهایي تمام بـار مصرفي محلـي را تأمین نمایند.

بـراي طراحـي میتـوان راهبردهـاي مختلفـي را مدنظـر قـرار داد. بـرای مثـال اگـر بخواهیـم یـك سیسـتم فتوولتائیـك متصـل بـه شـبکه را طراحـي کنیـم بایـد تعییـن کنیم کـه هدف تأمیـن تمام بـار مصرفي محلي و یـا بخشـي از آن، توسـط سیسـتم فتوولتائیـك اسـت یـا اینکه در کنار سیسـتم فتوولتائیـك ، باتري وجود دارد یـا خیـر. اگـر هـدف، تأمیـن تمامـي بار مصرفـي باشـد آن گاه ظرفی ِت سیسـتم فتوولتائیك بایـد به گونه اي باشـد کـه بـار مصرفـي را تأمیـن کنـد. در ایـن حالـت اگـر تولیـد سیسـتم فتوولتائیـك بیشـتر از مقـدار

بـار مصرفـي باشـد مـي توانـد مـازاد تولیـد را بـه شـبکه تزریـق کنـد. اگر هـدف تأمیـن بخشـي از بـار مصرفي باشـد آنـگاه بایـد ظرفیـت سیسـتم فتوولتاییـك بهگونـه اي باشـد که اگر شـبکة سراسـري قطع شـد، سیسـتم فتوولتائیـك بتوانـد بـه تنهایـي حداقـل بارهـاي مهـم و ضـروري غیـر قابل قطـع را تأمیـن نماید .اگـر هـدف، طراحـي سیسـتم فتوولتائیـك مسـتقل از شـبکه باشـد آنگاه ظرفیتـش بایـد بگونـهاي باشـد کـه تمامـي بـار مصرفـي را تأمیـن کنـد. همچنیـن در تمامـي حـالات، امـکان دارد کـه سیسـتم ذخیره سـاز باتري در کنـار آرایـه هـاي فتوولتائیـك وجـود داشـته باشـد که خـود میتواند راهبـرد طراحـي را تغییر دهـد. به این صـورت کـه درصـدي از بـار توسـط آرایه هـاي فتوولتائیـك و بقیة آن توسـط باتري تأمین شـود یـا اینکه آرایه هـاي فتوولتائیـك ظرفیـت تأمیـن تمـام بـار مصرفـي را داشـته باشـد و باتـري بـه عنـوان یـك منبـع ذخیره جهـت شـرایط اضطـراري مورد اسـتفاده قـرار بگیـرد.

بنابراین میتـوان نتیجه گرفـت که براي طراحي سیسـتم هـاي فتوولتاییـك راهبـرد، اهـداف و روندهـاي مختلفـي درنظـر گرفـت کـه اصول همة آن ها یکسـان اسـت و فقـط در جزئیاتـي متفـاوت اند. در ادامـه، اجـزای سیسـتم فتوولتائیـك، مراحـل کلـي لازم بـراي انتخـاب ظرفیـت و آرایـش اجـزا بـا ذکر یك مثـال، ارائـه میگردد.

طراحي سیستم فتوولتائیک براي یک منزل مسکوني

در ایـن بخـش، مراحـل طراحي سیسـتم فتوولتائیك با اجرا در یك سیسـتم نمونه، هر قسـمت بعد از شـناخت هـر جـزء، تشـریح مـی شـود. فـرض میشـود سیسـتم فتوولتائیك بـراي تغذیـة انـرژي الکتریکي مـورد نیاز در یـك سـاختمان مسـکوني طراحـي شـود. بـه منظور بـرآورد مصـرف انـرژي الکتریکي واحـد مسـکوني نمونه، از جـدول زیـر کـه تـوان متوسـط مصرفي لوازم خانگي در آن ارائه شـده، اسـتفاده شـده اسـت.

اطلاعـات منـدرج در ایـن جـدول بر اسـاس میـزان مصرف لـوازم خانگي معمـول، متعلق به یك واحد مسـکوني دو اتـاق خوابـه بـه مسـاحت تقریبي ۱۲۰مترمربع در شـرق یا جنوب شـهر تهران اسـت.

اجزاي سیستم فتوولتائیک

تجهیزات مورد نیاز براي تولید برق از انرژي خورشیدي عبارتاند از:

 


مراحل انتخاب ظرفیت وآرایش آرایه فتوولتائیک

هـر مـاژول فتوولتائیـك داراي تعـدادي پارامتر مهم اسـت که مشـخصات فنـي آنرا توصیف مي کننـد. با توجه بـه تـوان نامـي هر مـاژول و تکنولوژي سـاخت آن، پارامترهاي مشـخصة آن در گسـترۀ وسـیعي تغییـر خواهند کرد. معمولاً مشـخصات فني به ازاي شـرایط اسـتاندارد ارائه مي شـود. این شـرایط در آزمایشـگاه اعمال شـده و پارامترهاي مشـخصه به دسـت آمده اسـت. معمـولاً بـراي سیسـتم هـاي فتوولتائیـك شـرایط اسـتاندارد بـه صـورت قـدرت تابـش برابـر ۱۰۰۰  وات بر متر مربع و دمـای محیـط برابـر ۲۵درجـه سـانتي گراد تعریف میشـود. در زمـان طراحي، بـا توجه به مشـخصات محیطي محـل نصـب، بایـد پارامترهـاي مشـخصه بـراي محـل مـورد نظـر مطابقت داده شـوند. جـدول مشـخصات فني مـاژول فتوولتائیـك بـه همـراه واحـد محاسـبه هر یـك از پارامترهـا در کتاب همراه ارائه شـده اسـت. در ادامه انواع آرایه های فتوولتائیـك معرفی می شود.

آرایه فتوولتائیک


نسل اول- فنآوریهای فتوولتائیک: سلولهای کریستالی
سـیلیکون یکـی از فـراوان تریـن عناصـر در حـال حاضـر کـره زمین اسـت. ایـن عنصر یـك نیمه هادی بسـیار مناسـب برای اسـتفاده در سیسـتم های فتوولتائیك اسـت. سـلول های کریسـتالی سـیلیکون، بسـته به این که ویفرهای سـیلیکونی به چه روش سـاخته می شـوند، به دو دسـتة کلی تقسـیم بندی میشـوند: مونو کریسـتال
سـیلیکونی و پلی کریسـتال سـیلیکونی. دسـتة دیگر از سـلول های کریسـتالی شـامل گالیم آرسـناید است.
نسل دوم- فنآوری های فتوولتائیک: سلولهای خورشیدی تین فیلم
پـس از بیـش از ۲۰سـال تحقیـق و توسـعه، سـلول های خورشـیدی تین فیلم گسـترش یافت. تیـن فیلم ها به طـور قابـل ملاحظه ای هزینهء تولید الکتریسـیته را نسـبت بـه ویفرهای سـیلیکونی، کاهش دادند. سه نوع اصلی سلول های خورشیدی تین فیلم که در حال حاضر تجاری شده اند شامل:
سیلیکونهای آمورف و  a-Siو a-Si/μc-Si؛
کادمیوم تلورید Cd-Te؛
مس- ایندیم- سلنید  CISو مس – ایندیم – گالیم- دیسلنید  CIGS؛
نسل سوم – فناوریهای فتوولتائیک
فنـاوری هـای ایـن نسـل در مرحلـة پیـش از تجـاری سـازی بـه سـر مـی برنـد و بـه دسـته هـای زیـر تقسـیم می شـوند:
CPV ؛
سلول های خورشیدی ارگانیك؛
سلول های خورشیدی حساس به رنگ؛
سلول های خورشیدی پلیمری؛
سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع

 انواع فناوری های سلول های خورشیدی برای انتخاب ظرفیت وآرایش آرایه فتوولتائیک ۴ گام در پیش رو داریم:

در ابتداي امر لازم است به موارد زیر توجه شود:
– بازده مبدل؛
– تلفات سیستم( براي مثال: میزان تلفات در کابل ها ) ؛
– میزان تابش خورشید در زاویه تابشي و جهت گیري مورد نظر؛
– خطاهای شرکت سازندۀ ماژول ها؛
– اثرات دما؛
– اثر آلودگي بر ماژول ها.
نکتـة قابـل ذکـر ایـن اسـت که در زمینة شـدت تابش، معیاري موسـوم بـه PSHتعریف شـده، که برابـر بـا تعداد سـاعاتي اسـت کـه در آن میـزان انـرژي تابش خورشـید برابـر یك کیلووات ساعت بر متر مربع اسـت.

گام اول

تعییـن میـزان مصـرف سـالانة انـرژي که بر اسـاس آخریـن فیشهاي بـرق مصرفي توسـط مشـتري تعیین مي شـود.حداقل لازم اسـت کـه میـزان مصـرف در ۱۲مـاه گذشـته مـورد بررسـي قـرار گیـرد و در صـورت امکان، میـزان مصـرف انـرژي در چند سـال اخیر نیز بررسـي شـود. در صورتي که خود مشـتري فیش هـاي مربوطه را نـدارد لازم اسـت کـه از ادارۀ بـرق مربوطـه اطلاعـات مورد نیاز حاصل شـود. از ایـن داده ها براي بـرآورد میزان مصرف انرژي سـالانه اسـتفاده مي شـود.

گام دوم


تغییـرات مصـرف لحـاظ شـود؛ اگر بـراي اعمال تغییراتـی در جهت بهبود بهـره وري مصرف انـرژي براي مصرف کننـده پیشـنهادهایي وجـود دارد، ایـن تغییـرات صـورت گیـرد و میـزان تأثیـر آنهـا بـر کاهـش مصـرف انرژي سـالانه در نظـر گرفتـه شـود. همچنیـن لازم اسـت کـه بارهـاي اضافـي کـه در آینده به سیسـتم اضافـه خواهد شـد، لحـاظ گردد.

گام سوم

بـرآورد میانگیـن مصـرف سـالانه انـرژي کـه بـر اسـاس داده هـاي حاصـل در گام ۱و ۲صـورت مـي گیـرد، بـا اسـتفاده از میانگیـن مصـرف سـالانة انـرژي، طراحـي مـي شـود.

گام چهارم

تعییـن انـدازۀ آرایـه هـای ایـن مرحله، اساسـي تریـن بخش طراحـي را تشـکیل مي دهـد. براي تحقـق اجرای ایـن مرحلـه بایـد جزئیاتـي کـه در ادامه تشـریح مـي گردد، بـه دقت رعایـت گردد.

یـادآوری مـی شـود باتوجـه به بازده مبدل و تلفات، لازم اسـت میزان انـرژي روزانة دریافتـي از آرایة فتوولتائیك بیـش از میانگیـن بـار روزانه باشـد. بـازده مبدل را مـي تـوان از کارخانة سـازنده دریافت کرد، معمـولاً مبدل ها بـازده بیـن ۹۰تـا ۹۶درصد دارند. پیشـنهاد مي شـود بـازده مبدل %۹۲در نظر گرفته شـود. طبـق جـدول، میـزان مصـرف انـرژي روزانـه براي یـك سـاختمان مسـکوني برابـر ۲۳/۵۲ KWhاسـت. با در نظرگرفتـن تأثیـر تلفـات، که بیشـترین مقدار آن %۵فـرض مي شـود و لحاظ کـردن بازده مبـدل %۹۲ فـرض مـي شـود، بـراي مثـال مذکـور، میـزان انـرژي روزانة مـورد نیاز بر حسب KWh بـه صورت زیر اسـت:
۲۳/۵۲÷۰/۹۲÷۰/۹۵=۲۶/۹۱

تهـران به طـور متوسـط داراي میـزان متوسـط تابـش سـالانه خورشـید برابر ۵سـاعت باشـد، بنابراین بیشـترین انـرژي مـورد نیـاز از آرایـة فتوولتائیـك به شـرح زیر اسـت
۲۶/۹۱ kWh ÷ ۵ PSH = 5/382 kW
در ادامـه، بایـد عواملـي را کـه بـر خروجي سیسـتم فتوولتائیك تأثیـر مي گذارند مورد بررسـي قـرار داد و تأثیر آنهـا را لحـاظ نمود. ایـن عوامل عبـارت اند از:

*خطاي خروجي سازنده fman
تـوان خروجـي مـاژول هـاي فتوولتائیك برحسـب وات با خطایـي تقریباً برابر۵%بیان میشـود که بر اسـاس دمـاي ۲۵درجـة سـانتيگراد بـراي سـلول هاسـت. بنابراین، بـراي مـاژول فتوولتائیـك ۲۶۵واتي، بیشـترین میـزان کاهـش در تـوان خروجي، حدود ۱۳/۲۵وات اسـت

*اثر آلودگي ها و گرد و خاکfdirt
میـزان تـوان خروجـي یـك مـاژول فتوولتائیـك ممکـن اسـت بـه علـت آلودگي هـاي موجود بر سـطح مـاژول، کاهـش یابـد و ایـن کاهـش بـا فاکتـور کاهـش در اثـر آلودگـي هوا محاسـبه مي شـود. میـزان کاهـش در توان مـاژول هـا در اثـر آلودگـي، بسـتگي به اقلیم محـل نصب آرایه هـا دارد. در بعضـي از مکان ها، بـه علت آلودگي هـوا( ماننـد کلان شـهرها،) زیـاد اسـت. بـرای مثال، با فـرض این که میـزان کاهش بـه علت آلودگـي در حدود %۵اسـت، بـا توجـه به اینکـه میزان عملکرد ماژول ۲۶۵واتي ذکرشـده در بند ۱به سـبب تلرانـس به ۲۵۱/۷۵ وات کاهـش یافتـه بـود. اکنـون مقـدار آن در اثـر آلودگي حـدوداً به ۲۳۹/۲وات مي رسـد.

*اثر دما
بـر اسـاس اسـتاندارد ،AS 4059/2میانگیـن دمـاي سـلول داخـل مـاژول فتوولتائیـك را مـي توان بر اسـاس فرمـول زیـر تخمین زد:
Tcell.eff = Ta.day + 25
که در آن:
Tcell.effمیانگین دماي روزانة مؤثر سلول به درجة سانتيگراد.
Ta.effمیانگین دما در طول روز( در ماه مورد نظر) به درجة سانتيگراد.
ضریـب دمـاي انرژي کم ّیتي اسـت که نشـان مي دهد به ازاي هر یـك درجه افزایش دما بالاي ۲۵درجة سـانتیگراد، تـوان تولیـدي مـاژول فتوولتائیـك چقـدر افزایـش مـي یابـد. هم اکنون، سـه نـوع متفـاوت ماژول فتوولتائیـك در بـازار موجـود اسـت کـه داراي ضرایـب دمایـي مختلف اند:

مـاژول هـاي تک کریسـتال، کـه اغلـب داراي ضریـب دمایـي – ۰/۴۵ % ºCهسـتند (یعني بـه ازاي هر یـك درجـه افزایـش دمـای بـالاي ۲۵درجة سـانتیگراد، تـوان خروجـي% ۰/۴۵کاهش مـي یابد).
ماژول هاي پلي کریستال که اغلب داراي ضریب دمایي – ۰/۵ % ºCهستند.
مـاژول هـاي آمـورف کـه داراي مشـخصة دمایـي متفاوتـي هسـتند و موجـب کاهـش ضریـب دمایي مي گـردد و ضریـب دمایـي آنهـا – ۰/۲ % ºCاسـت.

البتـه، بعضـي از مـاژول هـاي آمـورف داراي ضریـب دمایي صفرنـد کـه لازم اسـت ایـن مـورد بـا مراجعـه به شـرکت سـازنده تأیید شـود. بنابرایـن کاهـش میـزان خروجـي آرایـة فتوولتائی ِ ـك در اثـر دما به جنـس ماژول بـه کار رفته در آرایـه و مقدار متوسـط بیشـترین دماي محیـط در محل نصب سیسـتم فتوولتائیك بسـتگي دارد.
میزان کاهش توان بر اثر دما را مي توان به صورت زیر محاسبه کرد:

که در آن:
ftemp :ضریب کاهش توان بر اثر دما؛
γ :مقدار مطلق ضریب دماي انرژي به ازاي هر درجه افزایش از ۲۵درجة سانتيگراد؛
Tstc :به درجة سانتيگراد دماي سلول در شرایط استاندارد آزمون.
بـراي نمونـه مـورد طراحـي، درجـة حرارت متوسـط محیـط برابـر ۲۵درجه سـانتي گـراد و جنس مـاژول پلي کریسـتال در نظـر گرفتـه مي شـود. بـه این ترتیب میانگیـن درجة حرارت روزانه سـلول فتوولتائیـك به صورت زیر محاسـبه مي شـود:
Tcell.eff = Ta.day + 25 = 25 + 25 = 50
بنابراین ضریب کاهش توان بر اثر دما به صورت زیر محاسبه مي شود:

در نتیجـه تـوان مـاژول فتوولتائیـك نمونـة مورد اسـتفاده، که تـوان خروجي آن بـا اعمال عوامـل ۱و ۲از ۲۶۵ وات بـه ۲۳۹/۲وات رسـیده بـود، بـا اعمـال ضریـب کاهـش تـوان بر اثر دمـا به صورت زیر محاسـبه مي شـود:
۲۳۹/۲ × %۸۷/۵ W = 212/3 W

مراحل انتخاب ظرفیت و ابعاد آرایة فتوولتائیک در حالت حضور ذخیره ساز

فـرض مـي شـود میـزان انـرژي موردنیـاز روزانه، طبـق مثال مطـرح شـده برابر ۲۶/۹۱ kWhباشـد و سیسـتم فتوولتائیـك بـا شـبکه تبـادل انرژي نداشـته باشـد. بنابرایـن تمام بـار مصرفي باید توسـط سیسـتم فتوولتائیك و باتـري تأمین شـود.

ذخیـره سـاز سیسـتم فتوولتائیـك معمـولاً از نـوع باتري اسـت. سیسـتم باتـري ممکن اسـت همه یـا بعضي از مـوارد زیر را نیزشـامل شـود:
*محفظة باتري.
*کنترل کنندۀ شارژ باتري.
باتـري هـم در سیسـتم هـاي مجزا از شـبکه، هـم متصل بـه شـبکه کاربـرد، دارد و در زماني که تولید سیسـتم فتوولتائیـك بیشـتر از بـار اسـت، مـازاد انـرژي را ذخیره مي سـازد. زماني که نور خورشـید در دسـترس نباشـد یـا مقـدار تولیـد انـرژي سیسـتم خورشـیدي کمتـر از نیـاز مصـرف کننـده باشـد، باتـري وارد مدار مي شـود و
کمبـود انـرژي را جبـران مـي سـازد. بنابرایـن باتري باید قابلیت شـارژ و دشـارژ شـدن مکرر را داشـته باشـد. دسـتگاه کنتـرل شـارژ باتـري در سیسـتم هـاي فتوولتائیـك مسـتقل از شـبکه، به منظـور جلوگیـري از تخلیة کامـل باتـري هـا یا شـارژ بیـش از حدآن به کار مـي رود. کنترل کنندۀ شـارژ، شـارش توان از پانل خورشـیدي بـه باتـري و بـار را مدیریـت مـي کنـد و ولتـاژ باتـری را در یـك محـدودۀ مجـاز قابـل قبـول حفـظ ميکنـد.

الف: تعیین ظرفیت باتري
تعییـن ظرفیـت باتـري بایـد بـه گونه اي انجام شـود کـه علاوه بر پاسـخگویي معمول، در سـاعاتي از شـبانه روز کـه تابـش خورشـید موجـود نیسـت یـا کم اسـت، در صـورت وجود شـرایط بـد آب و هوایي نیـز باتـري بتواند انـرژي لازم را تأمیـن کند. آمپرسـاعت کل بـراي بانـك باتـري از حاصل ضرب آمپرسـاعت مـورد نیاز در شـبانه روز در تعـداد روزهاي ابري بـه دسـت ميآیـد. ابتـدا با اسـتفاده از انرژي مـورد نیاز محاسـبه میگردد و در نظـر گرفتن ولتـاژ ۴۸ولت براي آرایـه هـاي فتوولتائیـك (معمـولاً ولتـاژ آرایـه هـاي فتوولتائیـك، به نـوع سیسـتم، ۲۴ ، ۱۲یا ۴۸ولت بسـتگی دارد،) آمپرسـاعت بـه صورت زیر محاسـبه مي شـود:
۲۶/۹۱ kWh÷ ۴۸ V=560/62 Ah
بـا فـرض اینکـه تعـداد روزهاي ابـري برابر ۳باشـد و در این روزهـا فقط باتري تأمیـن کنندۀ بار مصرفي باشـد، خواهیم داشت:
۵۶۰/۶۲×۳=۱۶۸۱/۸۷۵
معمـولاً محـدودۀ ولتـاژي کـه باتـري هـا دشـارژ شـدهاند ولي هنـوز قادر بهکار باشـند بیـن ۰/۲تا ۰/۸اسـت )در ایـن طراحـي ۰/۸در نظر گرفته شـده اسـت(
 با فرض اینکه ولتاژ دشارژ آن ۰/۸باشد، میزان آمپرساعت ذخیره به صورت زیر محاسبه مي شود:
۱۶۸۱/۷۵÷۰/۸=۲۱۰۲/۳۴Ah
خروجـي باتـري، تابـع دمـاي باتـري و محیـط آن اسـت. لـذا تغییـرات دمـا (ماننـد پانـل خورشـیدي) خروجي بانـك باتـري را تغییـر ميدهـد. بـراي تأثیـر دادن تغییرات دما بـر روي خروجي باتري، لازم اسـت آمپر سـاعت بـه دسـت آمـده در ضریبـي کـه اسـتخراج مي شـود، ضرب شـود. در سیسـتم نمونـه، ایـن عـدد برابر ۱/۱۹انتخاب شـده اسـت:
۲۱۰۲/۳۴×۱/۱۹=۲۵۰۱/۷۸ Ah
بعـد از محاسـبة کل آمپـر سـاعت، بـراي واحد خورشـیدي، لازم اسـت تعداد باتري بـراي ایجاد چنیـن ظرفیتي محاسـبه شـود. بـراي بـه دسـت آوردن تعـداد باتري هـاي موازي، لازم اسـت آمپرسـاعت کل بر آمپرسـاعت هر باتـري تقسـیم گـردد. در طراحـي نمونه، فرض مي شـود باتري هاي در نظر گرفته شـده داراي مشـخصة ۱۰۰۰آمپرسـاعت و ۲۴ولت باشند.
در این صورت خواهیم داشت:
تعداد باطری موازی ۲۵۰۱/۷۸÷۱۰۰۰ ≈ ۳

ب: تعیین تعداد ماژول هاي فتوولتائیک
تعـداد مـاژول هـاي فتوولتائیـك بایـد بگونـه اي طراحي و محاسـبه شـوند کـه هم بتواننـد تـوان مصرفي واحد مسـکوني را تأمیـن نماینـد و هـم باتـري هاي تعیین شـده را شـارژ کنند. با توجـه به ظرفیـت باتريهاي تعیین شـده، بایـد جریـان مـورد نیاز براي شـارژ باتري با فرض دشـارژ کامـل باتري محاسـبه و انرژي متناظـر با آن به مقـدار انـرژي بـار مصرفي افزوده شـود تا مقـدار انرژي که باید توسـط سیسـتم فتوولتائیك تأمین شـود، تعیین گـردد. ضریـب ۰/۱بـه منظـور رعایـت قیـد نـرخ شـارژ شـدن باتري اسـت. ایـن ضریب بـا توجه به مشـخصات باتري اسـتفاده شـده تغییـر می کند

Icharging=0/1×۳×۱۰۰۰=۳۰۰ Ah
EB = 300 Ah × ۲۴ V=7/2 kWh
ET =26/91+EB= 26/91+7/2=34/11 kWh

در روابـط فـوق Ichآمپرسـاعت مـورد نیـاز براي شـارژ باتري، EBانرژي مورد نیاز براي شـارژ باتـري و ETانرژي کل اسـت. بنابرایـن میـزان کل انـرژي کـه باید توسـط سیسـتم فتوولتائیك تولید شـود، برابـر ۳۴/۱۱کیلو وات سـاعت اسـت. تعـداد مـاژول هـاي ۲۶۵وات بـه صـورت زیـر محاسـبه مي شـود. توجه شـود همان طـور که در قسـمت هـای قبلـی محاسـبه گردیـد، تـوان خروجـي یـك مـاژول ۲۶۵واتـي پـس از اعمـال تأثیر دمـا، گرد و خـاك و غیـره آنها بـه ۲۱۲/۳ Wمي رسـد.

در رابطـة فـوق nتعـداد مـاژول هـاي مورد نیاز اسـت. مسـاحت مـورد نیاز جهت نصـب این ماژول هـا با ضرب تعـداد مـاژول ها در مسـاحت هر مـاژول به دسـت ميآید.
ج – انتخاب کنترل کنندۀ شارژ
در انتخـاب کنتـرل کننـدۀ شـارژ باید تعـداد روزهـاي آفتابي بیـن دو روز ابري( )nrcیـا به عبارت دیگـر، تعداد روزهایـي کـه پـس از تخلیـة باتري هـا در روزهاي ابري لازم اسـت تا در آن روزها باتري ها شـارژ شـوند، درنظرگرفتـه شـود. ایـن زمـان بـا نحـوهء طراحـي کام ً ـلا مرتبط اسـت؛ مث ً ـلا اگـر لازم باشـد در حداقل زمـان ممکن باتـري هـا شـارژ شـوند، در ایـن صـورت جریان کنترل کننده شـارژ بایـد زیاد باشـد. در حالت کلي، مـي توان با اسـتفاده از اطلاعـات چند سـال گذشـته (موجـود در نزدیك ترین ایسـتگاه هواشناسـي) حداقل تعـداد روزهاي آفتابـي را، کـه بعـد از دو روز هـواي ابـري در آن منطقـه رخ داده اسـت، اسـتخراج نمود. در طراحـي مذکور این زمـان چهـار روز در نظر گرفته شـده اسـت. میـزان آمپرسـاعت مـورد نیـاز بـراي شـارژ باتـري ها برابر اسـت بـا مقدار آمپرسـاعت باتـري در روز هـاي ابري تقسـیم بـر تعـداد روزهـاي در نظـر گرفتـه شـده. بـراي شـارژ باتـري ها بـه علاوۀ نیـاز معمـول مصـرف روزانه (بـدون در نظـر گرفتن شـارژ باتـري ها.) در طراحي نمونة مورد مطالعه، با فرض اینکه nrcبرابر ۴باشد، به صورت زیر عمل مي شود:
۲۵۰۱ /۷۸÷۴(+۲۵۰۱/۷۸=۳۱۲۷/۲۳Ah
از تقسـیم عـدد بـه دسـت آمـده بر مـدت زمـان تابـش خورشـید در روز جریـان کنترل کنندۀ شـارژ به دسـت مـي آیـد کـه نتیجـة حاصلـه باید بـه عـدد بالاتر گـرد گردد.

اطلعات شاخص :PSHضریب متوسط درجه حرارت منطقه در زمستان:

طراحي مبدل

انتخاب مبدل به موارد زیر بستگي دارد:
میزان انرژي خروجي از آرایه؛
ظرفیت افزایش ابعاد آرایه در آینده؛
تطابق محدوده مجاز کاري مبدل با آرایه ؛
استفاده از یك مبدل مرکزي یا چند مبدل؛

طراحي سیم کشي


الزامات مورد نیاز براي طراحي کابل و سیم کشي سیستم فتوولتائیك به شرح زیر است:
*کابـل هـا بایـد بـه گونـه اي انتخاب شـوند کـه افت کلي ولتاژ در شـرایط اسـتاندارد بیـن آرایـه و مبدل،کمتر از %۳باشد.
*لازم اسـت کابـل هـا بـه گونه ای انتخاب شـوند کـه در برابر شـرایط محیطي، ولتـاژ و جریان اعمالـي، گرماي ناشـي از جریان عبوري و تابش خورشـید مقاومت داشـته باشـند.
*لازم اسـت کـه سـیم هـا و کابـل ها تا حـد ممکن کوتـاه انتخاب شـوند تا اشـتباهات کاهش یابـد. در مواردي کـه لازم اسـت از کابـل هاي بلند اسـتفاده شـود، بایـد آنها را نام گـذاري کرد.
*کابـل هـاي ACکـه مبـدل را بـه مصـرف کننـده وصـل مي کننـد، باید بـزرگ تـر انتخاب شـوند تا افـت ولتاژ کاهـش یابـد، افـت ولتـاژي در حـدود %۱پیشـنهاد مـي شـود. در تأسیسـات بزرگ بـه کابل هـاي خیلي بزرگ احتیـاج اسـت کـه تهیـه و بـه کارگیری آنهـا غیرممکن یـا غیراقتصادي اسـت.

تیپ نصب سیستم های فتوولتائیک


اصـول ایمنـي ماننـد حفاظت جـان افراد، اصـول مکانیکي مانند سـازۀ نگه دارنـده و اصول الکتریکـي مانند افت ولتـاژ و غیـره آنهـا همگـي مواردي هسـتند که در نصب سیسـتم هـاي فتوولتائیك بایـد مورد توجه قـرار گیرد. در ایـن قسـمت نـکات مربوط به نصب سیسـتم هـاي فتوولتائیك معرفي و بررسـي مي شـود.

نصب آرایه هاي خورشیدي


آرایـه هـاي خورشـیدي بـرروي پایـه هایـي نصب مي شـوند کـه در راسـتاي زاویة مشـخصي تنظیم مي شـوند. در برخـي مـوارد بـراي کسـب تـوان بیشـتر از ردیاب هاي خورشـیدي نیز اسـتفاده مي شـود که تـك محوره یا دو محـوره هسـتند. امـا عمومـاً آرایـه هاي خورشـیدي به صـورت ثابت نصب مي شـوند. بـراي نصـب آرایـه هـاي خورشـیدي در منـازل و در محل هاي تجـاري مي توان بـه چندین صـورت عمل نمود.  برخـي از سـاختمان هـا بنـا بـر شـرایط محیطي (مانند شـمال کشـور) و از نظر طراحي سـاختمان داراي سـقف هـاي شـیب دار (شـیرواني) هسـتند. در ایـن گونه از سـاختمان هـا آرایه ها مسـتقیماً برروي سـقف و به موازات آن نصـب مـي شـوند. نکتـه اي کـه بایـد در ایـن حالت مـد نظر داشـت این اسـت که فاصلـه آرایه خورشـیدي تـا سـقف، حداقـل ۱۰سـانتي متـر باشـد. این فاصله بـراي گردش هوا و خنك شـدن آرایة خورشـیدي اسـت. همـان گونـه کـه در شـکل مشـخص اسـت، آرایه ها بـرروي بـام و به مـوازات آن نصب شـده اند و تنهـا چندین سـانتي متـراز آن فاصلـه دارنـد. ایـن فاصله براي تهویـة هوا حتماً لازم اسـت.

در صورتـي کـه بـام بـه صـورت ساده(سـقف سـاده) باشـد، مي تـوان همان طور که در شـکل نشـان داده شـده اسـت، بـا اسـتفاده از سـازۀ نگـه دارنـده، آرایـه هـاي خورشـیدي را بر روي بـام و در زاویة مناسـب نصـب نمود. نکتـة مهمـي کـه در ایـن حالـت باید بـه آن توجه نمود این اسـت کـه ضلع پایینـي آرایه خورشـیدي که برروي سـاختمان قـرار مـي گیـرد مسـتقیم روي بـام قـرار نگیـرد. دلیل ایـن امر هم در این اسـت کـه بایـد فاصله اي بیـن آرایـه خورشـیدي و زمیـن درنظـر گرفتـه شـود تـا محل عبـور آب باشـد و آب در پشـت پانل خورشـیدي جمع نشـود.

ملاحظات سیم کشي سیستم هاي فتوولتائیک


در مـورد هـادي هـا و یـا سـیم هـاي رابـط اسـتفاده شـده در واحدهـاي خورشـیدي نکتة بسـیار مهـم، قابلیت اسـتقامت هـادي یـا سـیم در برابر شـرایط محیط و تابش مسـتقیم نور آفتاب اسـت. بنابراین بـراي انتخاب نوع سـیم و روکـش سـیم، ایـن نکته باید مـد نظر قرار گیـرد. براي انتخـاب ظرفیت هـادي دو پارامتر کلیـدي تأثیر گذارنـد: -۱ظرفیـت انتقـال جریـان و -۲افـت ولتـاژ در سـیم. ظرفیت هـادي هاي اسـتفاده شـده در واحدهاي فتوولتائیـك بـا حداکثـر جریـان اتصال کوتـاه واحد رابطة مسـتقیم دارد.
در سیسـتم هـاي فتوولتاییـك بایـد تـا حـد امکان از سـیم هاي رشـته اي و نرم اسـتفاده شـود و سـیم خشـك مـورد اسـتفاده قـرار نگیـرد، زیـرا در صـورت اسـتفاده از سـیم خشـك ممکن اسـت بـر اثر جابـه جایـي پانل یا سـایر قسـمت هـا، سـیم دچار شکسـتگي و قطعي شـود. تا حـد امکان بایـد کلیة سـیم هاي واحد خورشـیدي، اعـم از ACو DCاز داخـل کانـال و یـا از کنـار گوشـه هـاي دیـوار عبور داده شـود. امـا باید توجه داشـت کلیه سـیم هـا واحـد خورشـیدي از سـیم هایي کـه مربوط به واحد خورشـیدي نیسـت مجزا نگه داشـته شـود. کلیة سـیم هـاي واحـد هـاي خورشـیدي بایـد بـا رنگ مشـخص، برچسـب مجـزا یا هـر گونه علامـت نشـان دهنده دیگـر از یکدیگـر مجـزا شـوند و هر دسـته سـیم بـا علامت خاص نشـانه گذاري شـود.