پیمانکار رتبه یک تاسیسات

فیبر نوری – آشنایی با تکنولوژی فیبر نوری و بررسی کاربردهای آن
1397-03-09
خانه های سبز – خانه های سبز، مدرن و هوشمند در مناطق شهری آلوده
1397-03-12
Show all

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک-آشنایی با طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

گردآورنده: مریم مصطفی نظری
خرداد ماه 97

مقدمه

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک:در مقاله مربوط به طراحی سیستم‌های فتوولتاییک با این دسته از سیستم‌های خورشیدی، طبقه‌بندی و کاربرد آنها آشنا شدیم. در پیاده‌سازی سیستم‌های فتوولتاییک رعایت اصول ایمنی، مکانیکی و الکتریکی همگی موارد حائز اهمیت‌اند. این مقاله به بررسی نکات مربوط به نصب، جزییات طراحی و پارامترهای مهم در خصوص انتخاب اجزای سیستم پرداخته است.

installation-photovoltaique

نصب آرایه‌های خورشیدی

عموما آرایه‌های خورشیدی در راستای مشخصی به‌صورت ثابت نصب می‌شوند. در برخی موارد نیز به‌منظور کسب توان بیشتر از ردیاب‌های خورشیدی تک محوره و یا دو محوره استفاده می‌شود.

برای نصب آرایه‌های خورشیدی برروی منازل و محل‌های تجاری می‌توان به چندین صورت عمل نمود. در ساختمان‌های با سقف شیب‌دار آرایه‌ها مستقیما بر‌روی سقف و به موازات آن نصب می‌شوند. در این حالت برای گردش هوا و خنک‌شدن آرایه ضروری است فاصله آرایه خورشیدی تا سقف حداقل ۱۰ سانتی‌متر باشد.

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

شکل۱- نصب آرایه‎‌های خورشیدی برروی سقف شیب‌دار

در بام‌های مسطح آرایه‌ها با استفاده از سازه نگه‌دارنده در زاویه مناسب ‌برروی بام نصب می‌شوند. در این شرایط به‌منظور جلوگیری از تجمع آب باران در پشت پانل،  ضلع پایین آرایه در فاصله مناسبی از زمین ‌برروی ساختمان قرار می‌گیرد.

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

شکل۲- نصب آرایه‌های خورشیدی برروی بام‌های مسطح

برای ساختمان‌های درحال ساخت می‌توان از پانل‌های خورشیدی به‌عنوان نمای ساختمان استفاده کرد.

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

شکل۳- طراحی نمای ساختمان با استفاده از پنل خورشیدی

همچنین در ساختمان‌های با نمای مسطح می‌توان با استفاده از پانل‌های فتوولتاییک در بخش‌هایی از نما به چشم‌اندازی خوشایند و کاربردی دست‌یافت. از پانل‌های فتوولتاییک به عنوان سایه‌بان، نرده، بالکن و یا سقف نورگیر نیز استفاده می‌شود.

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

شکل۴- استفاده از پانل خورشیدی به عنوان چشم‌اندازی از ساختمان

آرایه‌های فتوولتاییک ‌برروی زمین نیز قابل نصب‌اند. این سیستم‌ها برروی زمین پیچ شده و با کمک قاب‌هایی نگهداری می‌شوند. برای ثبات بیشتر و همچنین فراهم سازی منظره دید بهتر، باید تا حد امکان سیستم نزدیک به زمین نصب گردد و اجازه زه‌کشی کافی نیز فراهم شود.

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

شکل۵- آرایه‌های خورشیدی نصب‌شده برروی زمین

به‌طورکلی پارامترهای مهم در نصب آرایه‌ها برروی بام عبارتند از:

  • معمولا برای هر ۱۰۰ وات از پانل‌های فتوولتاییک از یک براکت نگهدارنده استفاده می‌شود.
  • سقف مورد نظر باید تحمل وزن سیستم را داشته باشد. خصوصاً در ساختمان‌های قدیمی باید به ساختار سقف توجه زیادی شود.
  • چیدمان پانل‌ها و تعداد آرایه‌ها باید متناسب با شکل و ابعاد سقف باشد. دریچه‌ها و پنجره‌های موجود ‌برروی سقف با آرایه‌ها تداخل نداشته باشند.
  • در صورت امکان کل سقف با آرایه‌ها پوشیده شود. در غیر این صورت آرایه‌ها را به شکل مستطیلی منظم چیده و یا از پانل‌های با اشکال معمول، متناسب با شکل سقف استفاده می‌شود.

درخصوص سازه نگه‌دارنده ‌که پانل‌ها ‌برروی آن نصب می‌شوند باید به دو نکته اساسی توجه کرد:

  • استقامت: سازه باید علاوه بر قابلیت تحمل وزن آرایه خورشیدی، تحمل نیروی ناشی از وزش باد، زلزله و یخ را نیز داشته باشد. لذا با کسب اطلاعات هواشناسی شامل قطر یخ و میزان وزش باد و تخمین نیروی ناشی از آنها سازه مناسب را طراحی می‌کنند.
  • جنس: جنس سازه باید مناسب با شرایط محیطی و آب و هوایی باشد. برای این منظور وابسته به شرایط محیطی از مواد مختلفی استفاده می‌شود که در ذیل به این مواد و ویژگی آنها اشاره شده است :
    • آلومینیوم: سبک، محکم و مقاوم در برابر پوسیدگی، راحت برای کارکردن، جوشکاری مشکل
    • آهن نبشی: راحت برای کارکردن، جوشکاری مشکل، در صورتیکه از آهن گالوانیزه استفاده شود در برابر پوسیدگی مقاوم است در غیر این صورت براحتی زنگ می‌زند.
    • استیل ضدزنگ: قیمت بالا و کارکردن مشکل، جوشکاری مشکل، بسیار مناسب برای محیط‌های مرطوب و نمکی
    • چوب: ارزان، کارکردن راحت و قابلیت دسترسی آسان، نامناسب برای محیط‌های مرطوب، برای افزایش طول عمر باید به مواد نگه‌دارنده آغشته شود.

علاوه‌ بر موارد فوق تمام اتصالات پیچ و مهره استفاده شده در سازه و سایر قسمت‌ها باید از جنس استیل ضدزنگ انتخاب شود.

ملاحظات سیم‌کشی سیستم‌های فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

در واحدهای خورشیدی باید به قابلیت استقامت هادی‌ها و یا سیم‌ها در برابر شرایط محیط و تابش مستقیم نور خورشید توجه شود.

برای انتخاب ظرفیت ‌هادی دو پارامتر کلیدی ظرفیت انتقال جریان و افت ولتاژ در سیم تاثیرگذار است. ظرفیت ‌هادی‌های استفاده شده در واحدهای فتوولتاییک رابطه مستقیم با حداکثر جریان ‌اتصال‌ کوتاه واحد دارد. در یک شرایط محیطی خاص این امکان وجود دارد که واحد خورشیدی ۱۲۵% جریان ‌اتصال‌ کوتاه در شرایط استاندارد را به مدت ۳ ساعت و یا بیشتر تولید نماید. بنابراین جریان نامی واحد باید ۱۲۵% جریان ‌‌اتصال‌ کوتاه در شرایط استاندارد باشد.

به عنوان مثال در صورتیکه جریان ‌اتصال‌ کوتاه ماژول خورشیدی در شرایط استاندارد ۲/۷ آمپر داده شده باشد، جریان نامی آن باید  ۹=۲۵/۱×۲/۷ آمپر ‌‌درنظر گرفته شود. همچنین برای انتخاب مطمئن حاشیه امنیتی به اندازه ۲۵% ‌‌درنظر گرفته می‌شود. بدین معنا که حداکثر جریان در عدد ۲۵/۱ ضرب می‌شود و انتخاب سیم برمبنای آن صورت می‌گیرد. برای مثال فوق حداکثر جریان ۲۵/۱۱=۲۵/۱×۹ آمپر مبنای انتخاب سیم است.

حرارت تولیدشده در هادی به‌ علت عبور جریان نباید از ظرفیت مجاز حرارتی ‌هادی بیشتر باشد. همچنین به‌دلیل تابش مستقیم خورشید به سیم‌های واقع در محیط آزاد تبادل حرارتی کاهش می‌یابد. به‌طورکلی برای افزایش ایمنی دمای مجاز‌ هادی را ۸۰ تا ۸۵ درجه سانتی‌گراد ‌درنظر می‌گیرند.

پارامتر مهم دیگر در انتخاب‌ هادی، افت ولتاژ در طول مسیر ‌هادی است. آرایه‌های خورشیدی که منبع اصلی تولید انرژی در واحد‌های خورشیدی‌اند انرژی را در سطح ولتاژ پایین و چگالی جریان بالا تولید می‌نمایند. لذا در این واحد‌ها افت ولتاژ به‌دلیل بالا بودن سطح جریان، زیاد است. افت ولتاز بیش از حد در صورتیکه جریان افزایش یابد  منجر به افزایش حرارت، ذوب، قطع شدن سیم و آتش سوزی می‌شود. بنابراین قطر ‌هادی باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که حداکثر افت ولتاژ بین آرایه خورشیدی و باتری و همچنین آرایه خورشیدی و کنترل کننده DC به مقدار ۵% و افت ولتاژ بین باتری و کنترل کننده DC به ۲% محدود شود.

در سیستم‌های فتوولتاییک باید تا حد امکان از سیم‌های رشته ای و نرم استفاده شود. در صورت استفاده از سیم خشک ممکن است بر اثر جابجایی پانل و یا سایر قسمت‌ها سیم دچار شکستگی و قطعی شود. کلیه سیم‌های واحد خورشیدی اعم از AC و DC باید با رنگ مشخص، بر چسب مجزا و یا هر گونه علامت نشان دهنده دیگر از یکدیگر مجزا شوند و هر دسته سیم با علامت خاص نشانه گذاری شود. ضروری است این سیم‌ها از داخل کانال و یا از گوشه‌های دیوار عبور داده شوند.

 قطع‌کننده و نمایشگر‌ها

در سیستم‌های فتوولتاییک برای هر بخش AC و DC یک قطع‌کننده و کلید (رله‌های کنترل‌کننده جریان اضافی) ‌درنظر گرفته می‌شود. برای انتخاب کلید و قطع کننده، مواردی مانند سطح ولتاژ، جریان نامی، جریان ‌‌اتصال‌ کوتاه قابل قبول و فرکانس نامی مد نظر قرار می‌گیرد.

نمایش‌گرها دارای دو نوع آنالوگ و دیجیتال‌اند که وظیفه اصلی آنها نمایش میزان تولید واحد فتوولتاییک است. در انواع دیجیتال آن می‌توان میزان کل جذب انرژی از خورشید، میزان تولید در ساعت‌های مختلف، تغییرات ولتاژ و غیره را برنامه‌ریزی و مشاهده نمود. نمایش‌گرها در کنار سیستم فتوولتاییک نصب می‌شوند.

اتصال اجزای سیستم فتوولتاییک

 شکل‌ زیر نمونه‌ای از اتصالات سیستم فتوولتاییک را نشان می‌دهد. لازم به ذکر است که نحوه اتصالات نشان داده شده بدون ‌درنظر گرفتن شرایط موجود در هر بخش قابل استفاده نیستند. متناسب با شرایط و تجهیزات مختلف نحوه اتصالات متفاوت خواهد بود.

انرژی خورشیدی - طراحی سیستم‌های فتوولتاییک

شکل۶- نمونه اتصالات اجزای سیستم فتوولتاییک

در مقاله ی بعد در وبسایت ارکان ارزش به جهت بررسی کامل این موضوع به بررسی پارامترهای فنی سیستم های فتوولتاییک ها پرداخته خواهد شد.

منبع:

A GUIDE TO PHOTOVOLTAIC (PV); SYSTEM DESIGN AND INSTALLATION

Gray Davis, Governor; JUNE 2001

PROCEDURES FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEM DESIGN REVIEW AND APPROVAL

Kevin Lynn, Senior Research Engineer; Florida Solar Energy Center, Cocoa, FL 32922

یک دیدگاه