پیمانکار رتبه یک تاسیسات

تاسیسات گرمایشی در بیمارستان ها و مراکز درمانی قسمت دوم
1397-04-18
موتورهای الکتریکی – معرفی و بررسی عملکرد موتورهای بیش‌بازده و پربازده
1397-04-20
Show all

سیستم های فتوولتائیک -تحلیل چرخه­ تولید و مصرف انرژی سیستم های فتوولتائیک

تحلیل چرخه­ تولید و مصرف انرژی سیستم های فتوولتائیک تعبیه شده در ساختمان­ها دارای واحد بازیابی حرارتی (BiPV)

  گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
تیر ماه 97

مقدمه

با استفاده از سیستم های فتوولتائیک تعبیه شده در ساختمان (BiPV)، برق تولید می کنند. البته در این سیستم ها حرارت نیز تولید می شود، این حرارت معمولاً تلف می شود و نیز موجب کاهش بازده سیستم می شود. واحد بازیابی حرارت را می­توان با یک سیستم BiPV ترکیب کرد تا از اتلاف حرارت جلوگیری کرد، و در نتیجه امکان تولید همزمان گرما و برق نیز فراهم  شود. دو نوع سلول فتوولتائیک متفاوت (PV) با یک واحد بازیابی حرارتی ترکیب می شوند و از لحاظ مصرف انرژی تحلیل می ­شوند تا دوره بازگشت سرمایه­ در این سیستم ها، مشخص شود. معمولاً دوره  بازگشت سرمایه بین 4 و 16.6 سال است که این، به سیستم BiPV بستگی دارد. انرژِی تولیدی در سیستم ­های PV مقدار قابل ملاحظه ­ای است، تأکیدی که در اینجا می شود استفاده خلاقانه از متوسط داده های ورودی- خروجی برای استخراج اطلاعات لازم جهت تحلیل سیستم ترکیبی است. در اینجا میزان صرفه­ جویی انرژی، با استفاده از یک سیستم BiPV که به خوبی طراحی و مدیریت شود، امکان پذیر است.

سیستم های فتوولتائیک

سیستم های فتوولتائیک

 

این روزها مصرف انرژی در بسیاری از کشورها بطور فزاینده ای در حال افزایش است، که ناشی از رشد جمعیت و افزایش استانداردهای زندگی است. در سال های 1994-1995 حدود 20% کل مصرف انرژی در استرالیا جهت بهره برداری از ساختمان های مسکونی و تجاری استفاده می شد. و استفاده از سیستم های فتوولتائیک (PV ها) رویکردی بود که می توانست در به حداقل رسانیدن مصرف سوخت های فسیلی، مؤثر باشد. خروجی الکتریکی حاصل از PV ها متاثر از شدت تابش خورشید است که به لحاظ اقتصادی، رایگان است. با این حال این سیستم های فتوولتائیک با استفاده از یکسری فرآیندها و مواد فشرده فسیلی تولید می شوند. سیستم های PV انرژی حرارتی نیز تولید می کنند، ولی عمدتاً مورد استفاده از PV ها، تولید برق  است. از سیستم PV در زمان مورد نیاز برای تامین انرژی حرارتی و برای گرمایش ساختمان، استفاده می شود.

سیستم های فتوولتائیک

سیستم های فتوولتائیک

در مورد منابع رایج انرژی، انرژی مصرف شده در نقطه مصرف از انرژی مورد نیاز برای تأمین این انرژی برای مصرف کننده کمتر است، که این به دلیل تبدیل و تلفات انتقال انرژی تولید شده توسط سوخت و مشتقات آن است. انرژی استفاده شده توسط مصرف کننده را انرژی تحویلی می نامند، درحالیکه انرژی مورد نیاز، تحت عنوان انرژی اولیه شناخته می شود. در مورد منابع انرژی تجدیدپذیر،همچون BiPV ها، برای تولید انرژی  به هیچ سوخت فسیلی نیاز نیست و در نتیجه بخشی از سوخت فسیلی که سهم موثری در اقتصاد ملی دارد حفظ شده و تاثیرات نامطلوب ناشی از مصرف سوخت فسیلی حذف می شود. بطور ویژه، میزان مصرف انرژی در دوره بهره برداری از ساختمان، نقطه تمرکز بسیاری از پژوهش ها بوده است. و البته در این زمینه نارسایی های مفهومی بخاطر عدم توجه به اهمیت انرژی وجود دارد. اگرچه مصرف انرژی گرمایی در ساختمان­ ها، بالاترین درصد کل انرژی مصرفی در دوره بهره برداری ساختمان را تشکیل می دهد، هنوز هم مقادیر قابل ملاحظه ای انرژی وجود دارد که در سایر بخش های ساختمان مصرف می شود. یکی از مهم ترین این بخش ها (تلفیق استخراج و فرآوری مواد خام، تولید محصولات و مواد ساختمانی و ساخت ساختمان)، شامل انرژی مصرفی برای تولید مصالح ساختمان است، اما بسته به نوع سیستم، برای تولید مصالح و مواد بکار رفته در ساختمان ها، بسیار متفاوت است و این به خاطر پیچیدگی زنجیره تأمین مصالح  است. این پیچیدگی بدان معناست که زنجیره تأمین می بایست برای هر محصول و فرآیند بالادستی و برای مواد خام، مدلسازی شود.

 

سیستم های فتوولتائیک

سیستم های فتوولتائیک

در شکل بالا نمودار دوره بازگشت سرمایه در سه سیستم مختلف ارائه شده است. در یک سیستم BiPVبدون بازیابی حرارتی که با خط چین قرمز نشان داده شده است دروره بازگشت حدود 16.5 سال است و در سیستم BiPV دیگر که از یک نوع سلول فتوولتاییک بهره می گیرد به همراه بازیابی حرارتی و با خط چین سبز نشان داده شده است دوره بازگشت سرمایه حدود 7.5 سال است و در نهایت سیستم BiPV که از نوع دیگری سلول فتوولتاییک بهره می گیرد و با خط آبی نشان داده شده است دوره بازگشت سرمایه حدود 4 سال است و به این ترتیب اهمیت استفاده از سیستم بازیابی حرارتی بر دوره بازگشت سرمایه مشخص می شود. در این پژوهش به بررسی مؤلفه های انرژی  در سیستم های BiPV می پردازیم، که در شرایطی که خروجی انرژی پایین تر است، اهمیت بیشتری می یابد. نشان داده می شود که استفاده از واحد بازیابی حرارتی تعبیه ­شده در سیستم BiPV تقریباً نصف دوره بازگشت سرمایه در سیستم های PV سنتی است. با این حال، زمانیکه خروجی حرارتی سیستم های بازیابی حرارتی را با گاز جایگزین کنیم، این دوره زمانی بازگشت سرمایه، می تواند دو برابر شود، چراکه مؤلفه انرژی تولید شده، درصد بزرگتری را شامل می شود. با صرف نظر از این موضوع، در هر دو وضعیت، استفاده از واحد بازیابی حرارت موجب صرفه جویی  قابل توجهی در مصرف انرژی در دوره عمر یک ساختمان می شود.

دوره زمانی بازگشت سرمایه به عوامل زیر بستگی دارد:

  • شیوه تحلیل فرایند که برای انرژی تولیدشده استفاده می شود (خواه کم باشد خواه زیاد)؛
  • روش ترکیبی برای تحلیل انرژی تولیدی استفاده می شود یا خیر؛
  • موقعیت، مقدار تولید برق و حرارت و میزان استفاده از هر یک؛ و
  • اینکه خروجی حرارتی برای سیستم های بازیابی حرارت مبتنی بر گاز است یا برق است.

نشان داده می شود که استفاده از واحد بازیابی حرارتی در ترکیب با سیستم BiPV موجب کاهش دوره زمانی برگشت سرمایه نسبت به سیستم BiPV معمولی می­شود. در جاییکه، برق تنها گزینه باشد، ممکن است ساکنان ساختمان امکان استفاده از انرژی”سبز” (که کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و منابع انتشار گازهای گلخانه ای) را که موجب کاهش هرچه بیشتر انتشار گازهای گلخانه ای مرتبط با عملکرد ساختمان ها و عملکردهای مرتبط با آن می شود، را مد نظر داشته باشند.

منبع:

  • Alsema EA, Frankl P, Kato K. Energy payback time of photovoltaic energy systems: present status and prospects, second world conference on photovoltaic solar energy conversion, Vienna, 6–10 July; 1998.
  • Crawford RH, Treloar GJ, Bazilian M. A net energy analysis of cogeneration with Building Integrated Photovoltaic Systems (BiPVs), Proceedings: Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC), Melbourne, October, p. 6; 2002.

یک دیدگاه