پیمانکار رتبه یک تاسیسات

موتورهای الکتریکی – معرفی و بررسی عملکرد موتورهای بیش‌بازده و پربازده
1397-04-20
نرم افزار مدیریت پروژه – آشنایی با پلتفرم مدیریت پروژه BuildTools
1397-04-22
Show all

سیستم‌های فتوولتاییک-بررسی فاکتورهای فنی سیستم‌های فتوولتاییک

فاکتورهای فنی سیستم‌های فتوولتاییک

گردآورنده: مریم مصطفی نظری
تیر ماه 97
مقدمه

در مقالات پیشین پیرامون سیستم‌های فتوولتاییک، با این دسته از سیستم‌های خورشیدی نوین آشنا شدیم همچنین به اجزای تشکیل‌دهنده سیستم و پارامترهای اصلی در نصب تجهیزات پرداخته شد. در این مقاله قصد داریم به ملزومات فنی در راه‌اندازی شبکه‌های فتوولتاییک بپردازیم.

سیستم‌های فتوولتاییک

سیستم‌های فتوولتاییک

پارامترهای اساسی در سیستم‌های فتوولتاییک مستقل از شبکه

  • تعیین ابعاد آرایه سیستم‌های فتوولتاییک: ابعاد آرایه براساس میزان انرژی مصرف‌کنندگان شبکه تعیین می‌شود. تعیین دقیق میزان انرژی مورد نیاز با در نظر گرفتن عوامل ذیل صورت می گیرد.
    • بازده مبدل
    • تلفات سیستم فتوولتاییک
    • خطاهای شرکت سازنده ماژول‌ها
    • اثرات دما
    • اثر آلودگی بر ماژول

پس از لحاظ نمودن عوامل فوق آرایش نهایی آرایه‌ها به مبدل انتخابی و محدوده مجاز ولتاژ عملکرد آن بستگی دارد.

سیستم‌های فتوولتاییک

سیستم‌های فتوولتاییک

  • سیستم ذخیره‌ساز: ظرفیت باتری براساس پاسخگویی شبکه در شرایط جوی نامساعد و ساعاتی از شبانه روز که تابش خورشید موجود نیست و یا کم است تعیین می‌شود. برای افزایش طول عمر باتری‌ها معمولاً در حدود ۸۰% توان باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. لذا این درصد باید در محاسبه ظرفیت باتری لحاظ شود.
  • دسترس‌پذیری: دسترس‌پذیری به‌صورت درصدی از زمان که سیستم قدرت می‌تواند کل بار مورد تقاضا را تامین کند تعریف می‌شود. مقدار دسترس‌پذیری تعریف شده برای یک سیستم فتوولتاییک ارتباط مستقیمی ‌با نوع بار مورد تغذیه دارد. برای بارهای حساس دسترس‌پذیری بالای ۹۹% و برای بارهای غیرحساس در حدود ۹۵% تعریف می‌شود. در صورتی که دسترس‌پذیری کاملی از سیستم فتوولتاییک انتظار نرود می‌توان درصد قابل توجهی از تعداد باتری‌ها و ماژول‌ها را کاهش داد. میزان دسترس‌پذیری مناسب با توجه به دو عامل نیازمندی‌های بار و محدودیت‌های هزینه تعیین می‌گردد. برای سیستم فتوولتاییک تامین‌ کننده برق خانگی معمولا بارها به صورت غیرحساس در نظر گرفته می‌شوند.
  • سیستم‌های فتوولتاییک

    سیستم‌های فتوولتاییک

پارامترهای اساسی در سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه

  • محدوده ولتاژ کاری: ظرفیت سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه معمولا در مقایسه با نیروگاه‌های بزرگ سنتی بسیار کمتر است و تاثیری بر روی ولتاژ شبکه ندارد، لذا این نوع سیستم‌ها در حالت منبع جریانی مورد بهره‌برداری قرار گرفته و وظیفه تنظیم ولتاژ را ندارند. به همین دلیل محدوده مجاز ولتاژ سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه مطابق با دستورالعمل حفاظتی آنها تعیین می‌شود. از نظر صاحبان سیستم‌های فتوولتاییک بهترین انتخاب برای تعیین محدوده مجاز بگونه‌ای است که نویز حاصل از قطع سیستم‌ حداقل باشد. بهترین محدوده مجاز برای این سیستم‌ها در محدوده ۸۸% تا ۱۱۰% ولتاژ نامی‌ شبکه است.
  • ضریب توان: معمولا ضریب توان مبدل‌های الکترونیک قدرت سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه نزدیک به یک طراحی می‌گردد. برخی از عناصر این مبدل‌ها مانند فیلتر خروجی و ترانسفورماتور بارهای راکتیو ثابت و کوچکند که ممکن است در توان‌های کم، ضریب توان مجموعه را کاهش دهند؛ در حالیکه در توان نامی‌ ضریب توان نزدیک به یک است. البته بعضی از سیستم‌های فتوولتاییک به منظور جبران‌سازی توان راکتیو خطوط شبکه می‌توانند با برنامه‌ریزی قبلی خارج از محدوده ذکر شده کار کنند. الزامات ضریب توان برای این مولدها بدین‌گونه است که اگر توان تولیدی بیشتر از ۱۰% توان نامی‌ باشد ضریب توان باید در محدوده بیشتر از ۸۵/۰ (پس فاز یا پیش فاز) قرار گیرد.
  • سیستم‌های فتوولتاییک

    سیستم‌های فتوولتاییک

  • کیفیت توان: کیفیت برق تناسب توان الکتریکی تحویلی به تجهیزات مصرف‌کننده را مشخص می‌کند. در سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه به دلیل تزریق توان به شبکه مساله کیفیت توان اهمیت دو چندانی دارد. کیفیت توان از دو دیدگاه کیفیت توان تولید شده توسط مبدل و کیفیت توان شبکه میزبان در این سیستم‌ها بررسی می‌شود. توان تزریق شده به شبکه باید مطابق با معیارهای کیفیت توان شبکه مقصد تعیین شود.

سلول‌های فتوولتاییک توان را با ولتاژ مستقیم تولید می‌کنند که با توجه به آرایش آن‌ها سطح ولتاژشان متفاوت است. مبدل الکترونیک قدرت پس از افزایش سطح ولتاژ آن را به ولتاژ متناوب با فرکانس شبکه تبدیل می‌کند. مبدل همواره از فرکانس شبکه نمونه‌برداری نموده و توان هم فرکانس با فرکانس محدوده مجاز نقطه اتصال به شبکه را به آن تزریق می‌کند. در صورتیکه در طول شش سیکل فرکانس شبکه از حد مجاز فاصله داشته باشد سیستم فتوولتاییک باید تزریق توان را متوقف کند.

  • ایمنی و حفاظت: سیستم‌های فتوولتاییک معمولا در نزدیکی مصرف کننده و در معرض دید قرار دارند که برای مصرف کننده عادی می‌تواند خطرساز باشد. کلیدهای قطع‌کننده سیستم فتوولتاییک از شبکه باید آشکار، در دسترس و قابل قفل کردن باشند. چنانچه عملکرد سیستم فتوولتاییک به عنوان سیستمی‌که هیچگاه در شرایط جزیره‌ای کار نمی‌کند تضمین شده باشد آنگاه با توافق بهره‌بردار شبکه می‌توان کلید اتصال به شبکه را حذف نمود. عملکرد جزیره‌ای حالتی است که با قطع شبکه توزیع، سیستم فتوولتاییک بدون حضور شبکه به تغذیه بارهای موجود در شبکه ادامه دهد.
  • سیستم‌های فتوولتاییک

    سیستم‌های فتوولتاییک

  • جریان DC: سطح جریان DC تزریق شده به شبکه همواره باید کمتر از ۵/۰% جریان متناوب نامی ‌خروجی باشد که در صورت اختلاف با سطح مجاز جریان خروجی قطع می‌شود. همچنین با استفاده از ترانسفورماتور مجزاساز می‌توان مانع تزریق جریان مستقیم به شبکه شد. ترانسفورماتور مجزا ساز کاهش ‌هارمونیک و نوسان ولتاژ و پیشگیری از اضافه ولتاژهای فرورزونانسی را نیز به‌همراه دارد. با حذف ترانسفورماتور شرایط فوق با طراحی مناسب مبدل الکترونیک قدرت، کلید‌ها، فیلتر خروجی و مدارهای حفاظتی تامین می‌شود. امکان حذف ترانسفورماتور در استانداردهای بسیاری از کشورها پیش بینی شده است و نمونه‌های صنعتی مبدل‌های بدون ترانسفورماتور مجزاساز به بازار کشورهایی نظیر آلمان و ایالات متحده آمریکا عرضه شده‌اند.
  • اغتشاشات فرکانس: سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه دارای حلقه قفل فاز است که آن را با شبکه سنکرون می‌کند. لذا سیستم در حالت ماندگار و پایدار همواره با فرکانس شبکه کار می‌کند. با خارج شدن فرکانس شبکه از محدوده مجاز سیستم نیز با همان فرکانس توان تولید می‌کند که منجر به بدتر شدن شرایط فرکانس شبکه می‌شود. در این شرایط سیستم باید حدود ۶ سیکل تزریق انرژی به شبکه را متوقف کند و درصورتیکه فرکانس در محدوده مجاز خود قرار نگرفت از شبکه خارج شود. این تاخیر به دلیل گذر از اغتشاشات کوتاه مدت و جلوگیری از ایجاد نویزهای بوجود آمده در هنگام خروج سیستم از شبکه است. استاندارد IEEE1547 محدوده‌های مجاز مبدل الکترونیک قدرت جهت سنکرون شدن با شبکه را تعیین کرده است.
  • سیستم‌های فتوولتاییک

    سیستم‌های فتوولتاییک

پایش عملکرد سیستم فتوولتاییک

پایش سیستم‌های فتوولتاییک می‌تواند اطلاعات مفیدی در زمینه بهره برداری و چگونگی بهبود عملکرد آن‌ها را در اختیار بهره‌بردار سیستم قرار دهد. در استاندارد IEC 61724 شرایط پایش سیستم‌های فتوولتاییک آمده است. برخی از نکات اندازه‌گیری و پایش متغیرها به شرح ذیل‌اند:

  • اندازه گیری تابش: توسط سنسورهایی که در سطح آرایه قرار گرفته‌اند و با خطای کمتر از ۵% انجام می‌شود.
  • اندازه گیری دمای محیط: خطای اندازه گیری باید کمتر از ۱ درجه سانتی گراد باشد.
  • اندازه گیری سرعت باد: اندازه‌گیری در ارتفاع انجام شده و خطای اندازه‌گیری به ترتیب برای سرعت باد کمتر و بیشتر از ۵ متر بر ثانیه باید کمتر از ۵% و کمتر از ۱۰% باشد.
  • اندازه گیری دمای آرایه: خطای اندازه گیری باید کمتر از ۱ درجه سانتی گراد باشد.
  • اندازه گیری ولتاژ و جریان : خطای اندازه‌گیری اعم از DC و AC باید کمتر از ۱% باشد.
  • اندازه گیری توان: توان DC را می‌توان از حاصلضرب ولتاژ در جریان و یا به‌طور مستقیم توسط وات‌متر اندازه‌گیری نمود. برای محاسبه توان DC از روش اول از مقادیر نمونه برداری شده ولتاژ و جریان استفاده می‌شود. توان AC که تعیین کننده ضریب توان و ضریب اعوجاج ‌هارمونیکی است توسط وات مترهای مناسب اندازه‌گیری می‌شود. دقت وسایل اندازه‌گیری باید کمتر از ۲% باشد.
  • سیستم‌های فتوولتاییک

    سیستم‌های فتوولتاییک

  • منبع:
  • A GUIDE TO PHOTOVOLTAIC (PV); SYSTEM DESIGN AND INSTALLATIONGray Davis, Governor; JUNE 2001PROCEDURES FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEM DESIGN REVIEW AND APPROVALKevin Lynn, Senior Research Engineer; Florida Solar Energy Center, Cocoa, FL 32922

یک دیدگاه