محمدحسین شمس

مقاله حاضر به ارائه روشی اجرایی و عملیاتی برای مطالعات فنی امکان سنجی احداث نیروگاه فتوولتائیک متصل به شبکه با ظرفیت 100 کیلووات به منظور اخذ مجوز سازمان انرژی نو ایران می پردازد. ماژول و اینورتر اجزای اصلی نیروگاه فتوولتائیک هستند و انتخاب ظرفیت و چیدمان مناسب آنها سبب افزایش بهره وری نیروگاه از پتانسیل انرژی خورشیدی موجود و نیز کاهش هزینه کلی سیستم می گردد. در این روش، ابتدا با توجه به موقعیت جغرافیایی محل احداث نیروگاه، آرایش آرایه های فتوولتائیک در زمین نیروگاه، با قید اشغال مساحت کمتر و نیز رعایت کردن فاصله لازم بین رشته های فتوولتائیک برای سهولت تعمیر و نگهداری و نیز جلوگیری از سایه افکنی ماژول ها روی هم صورت گرفته و زاویه بهینه پنل ها استخراج شده و به همراه پارامترهای اصلی برای طراحی اعم از ظرفیت نیروگاه، برند و نوع ماژول مربوطه و سطح ولتاژ اتصالی اینورتر به شبکه وارد نرم افزار Sunny Design می شوند. این نرم افزار حالات مناسب انتخاب اینورترها را مشخص کرده و حالت بهینه تعیین می شود. در روش پیشنهادی، بعد از انتخاب مدل ماژول و اینورتر، طراحی بهینه نیروگاه فتوولتائیک با در نظر گرفتن پارامتر هایی نظیر قابلیت اطمینان، هزینه، استفاده بهینه از مساحت زمین و افزایش کارایی اجزای نیروگاه با تعیین محدوده نقطه کار آنها با استفاده از نرم افزار PVSyst صورت می پذیرد. در این نرم-افزار، نحوه آرایش ماژول های فتوولتائیک در آرایه ها و تعداد رشته ها مشخص می گردد. در ادامه، منحنی های خروجی، سایه افکنی، تلفات با استفاده از نرم افزار PVSyst استخراج و تحلیل می گردند.

پایان پذیری منابع انرژی فسیلی و اثر نامطلوب آن ها بر تغییرات آب و هوایی سبب شده است تا رویکرد جایگزینی این سوخت ها با منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر به سرعت در سطح جهان گسترش یابد. کشور ایران نیز به دلیل موقعیت جغرافیایی مناسب و پتانسیل بالای تابش خورشید، از فرصت ایده آلی برای توسعه صنعت انرژی خورشیدی، بویژه سامانه های فتوولتائیک برخوردار است. سلول و مدول فتولتائیک، مهمترین و پرهزینه ترین اقلام سامانه های فتوولتائیک محسوب می شوند که باید از طریق سازندگان خارجی و یا داخلی تأمین شوند. اطمینان از کیفیت این محصولات برای دستیابی به بازدهی و طول عمر بالای سامانه های فتوولتائیک ضروری است. آزمایشگاه مرجع سلول و مدول فتوولتائیک، به عنوان یک نهاد مسوول در این امر، علاوه بر تضمین کیفیت محصولات و خطوط تولید، می تواند به تحقیق و توسعه این فناوری نیز کمک کند. این مقاله با توجه به انجام این سه وظیفه، بر امکان سنجی و طراحی مفهومی آزمایشگاه مرجع سلول و مدول فتوولتائیک متمرکز شده است. در این تحقیق به فهرست و رویه انجام آزمون های استاندارد، تجهیزات و استانداردهای مرتبط، نحوه تأمین خارجی و داخلی تجهیزات آزمایشگاهی، پیشنهاد ساختار سازمانی، برآورد فضای آزمایشگاهی و در نهایت برآورد زمان و هزینه تأسیس و راه اندازی آزمایشگاه اشاره شده است.

رشد روز افزون نیاز به انرژی و پایان پذیری سوخت های فسیلی از یک سو و افزایش آلودگی های زیست محیطی از سوی دیگر، محرکی شده است که محققان و سرمایه گذاران در بخش انرژی، به سمت مهار و تامین انرژی از منابع تجدیدپذیر جذب شوند. با توجه به پتانسیل بالای تابش در مناطق وسیعی از کشور ایران اسلامی، از میان این منابع، انرژی خورشیدی دارای جذابیت بیشتری است. در یک طبقه بندی ساده، فناوری های تولید الکتریسیته از خورشید به سه دسته فتوولتائیک، متمرکزکننده گرمایش خورشیدی و فناوری های نوظهور، شامل حوضچه ها و تنوره خورشیدی تقسیم می شوند. در میان این سه دسته، فناوری فتوولتائیک که بر اساس تبدیل نور خورشید به الکتریسیته عمل می کند، بیشترین رشد را داشته و امروز کشورهای زیادی از آن در قالب متصل به شبکه و مستقل از شبکه استفاده می کنند. در میان دو دسته دیگر نیز فناوری گرمایش خورشیدی، به ویژه روش سهموی خطی گسترش بیشتری یافته است. همچنین، تحلیل آماری بزرگ ترین نیروگاه های احداث شده با فناوری های فتوولتائیک و گرمایشی نشان از برتری چشم گیر فناوری فتوولتائیک از بُعد هزینه احداث و سطح زمین اشغال شده، و نیز انعطاف پذیری نصب و راه اندازی در میان انواع فناوری های خورشیدی دارد.

اولین گام برای گسترش و ساخت نیروگاه های فتوولتائیک در کشور اخذ مجوز از سازمان های مربوطه است. این مجوزها شامل بررسی مطالعات امکانسنجی فنی و اقتصادی ساخت نیروگاه از سازمان انرژی های نو ایران و مجوز اتصال به شبکه آن از توانیر است. هدف این مقاله انجام مطالعات امکانسنجی فنی احداث نیروگاه فتوولتائیک با ظرفیت 1.5 مگاوات در شهر یزد قابل ارائه به سانا برای اخذ مجوز، است. در این مقاله ابتدا شرایط اقلیمی و تابش محل احداث نیروگاه مورد بررسی قرار گرفت. سپس ماژول و اینورتر مناسب انتخاب شده و با استفاده از نرم افزار sunny design که مورد تأیید سانا است مطالعات فنی نیروگاه صورت پذیرفت. در این بررسی آرایش بهینه پنل ها و کمینه کردن اثر سایه اندازی پنل ها روی یکدیگر با استفاده از نرم افزار PVSyst انجام شد. نتایج حاکی از استفاده از 3عدد اینورتر 500 کیلوواتی، پنل های 250 واتی به صورت عمودی دو ردیفه، فاصله ردیف های 5.23 متر جهت استحصال توان خروجی بهینه از نیروگاه در منطقه مورد نظر بود. در نهایت نیز ،گزارش شبیه سازی های انجام شده توسط نرم افزارهای PVSyst و Sunny Design ارائه شده است.

توجه جامعه جهانی به منابع انرژی تجدیدپذیر، به ویژه انرژی خورشیدیروند غالب در قرن حاضر خواهد بود و در این مسیر، سامانه های فتوولتائیک یکی از پرکاربرد ترین و مقبول ترین نوع استفاده از انرژی خورشیدی محسوب می شود و در ایران نیز پروژه های مختلف تحقیقاتی- اجرایی در زمینه احداث نیروگاه های فتوولتائیک تعریف شده است. از جمله الزامات اصلی توسعه صنعت بومی احداث نیروگاه های فتوولتائیک در هر کشور، تدوین استانداردهای ملی است. در طول سال های گذشته اقدامات متعددی در این زمینه صورت گرفته است که البته، اغلب آنها به حوزه ی طراحی و ساخت انواع سلول های فتوولتائیک مربوط می گردد و در حوزه ی نیروگاهی فعالیت ها بسیار کم بوده است. در این راستا، جهاد دانشگاهی صنعتی شریف به عنوان نخستین حرکت ملی، تدوین استانداردهای ملی انرژی خورشیدی با محوریت نیروگاه خورشیدی را بر اساس استانداردهای معتبر بین المللی در دستور کار خود قرار داد. بخش اول این مقاله به گردآوری و پردازش استانداردهای معتبر بین المللی در زمینه فتوولتائیک و بخش دوم آن به اولویت بندی و انتخاب گزینه های مناسب برای پیشنهاد به سازمان ملی استاندارد اختصاص دارد. بر اساس تحلیل ها و شاخص های مورد نظر این مقاله، فهرست 20 استاندارد اولویت دار به سازمان ملی استاندارد پیشنهاد شد که برخی از آن ها در برنامه سازمان استاندارد قرار گرفته است.

سیستم های فتوولتاییک یکی از پر مصرف ترین و کاربردی ترین موارد استفاده از انرژی خورشید محسوب می گردند. یکی از کاربردهای اینگونه سیستم ها کاربرد خانگی آنهاست. با توجه به مزایای این انرژی پاک در سال های اخیر، احداث سیستم های فتوولتاییک بر پشت بام و شیروانی منازل در کشورهای مختلف از استقبال خوبی برخوردار شده است. از طرفی، گسترش زندگی شهری باعث کاهش فضای کافی برای احداث این قبیل مولد ها شده است. در این شرایط، لزوم استحصال انرژی لازم برای واحدهای مسکونی در فضایی محدود بیش از پیش احساس می گردد. در این مقاله، ضمن طراحی ابعاد و چیدمان بهینه پنل های خورشیدی (شامل تعداد ردیف، طول و عرض پنل ها، فاصله بین پنل ها و شیب بهینه پنل ها نسبت به افق) برای یک واحد مسکونی با میزان انرژی مورد نیازِ مشخص، کمترین مساحت لازم برای تأمین این انرژی به دست آمده است. اثر سایه متقابل پنل ها بر روی یکدیگر نیز در این مقاله در نظر گرفته شده است. با توجه به ماهیت غیرخطی تابع هدف و قیود این مسأله، تکنیک های بهینه سازی هوشمند می توانند با دقت و سرعت بالایی پاسخگو به این مسئله باشند. بنابراین، برای این بهینه سازی از الگوریتم تبرید شبیه سازی شده به عنوان یکی از الگوریتم های مناسب استفاده شده است. برای ارزیابی این روش محاسبات به طور نمونه برای تأمین انرژی یک واحد مسکونی واقع در تهران با عرض جغرافیایی 7/35 درجه شمالی پیاده سازی شده است. نتایج حاکی از ابعاد 22 متر مربع برای تأمین انرژی سالانه یک واحد مسکونی با مصرف 4 مگاوات ساعت در سال خواهد بود. بنابراین، امکان احداث سیستم خورشیدی برای مجتمع های مسکونی با توجه به تعداد زیاد واحدها و محدودیت مساحت پشت بام وجود نخواهد داشت.

افزایش روزافزون تقاضای انرژی الکتریکی و محدودیت های تولید انرژی با استفاده از سوخت های فسیلی، تولیدکنندگان و مصرف کنندگان را به استفاده از واحدهای تولید پراکنده ترغیب نموده است. با وجود تکنولوژی های متنوع در تولیدات پراکنده، محدودیت در سرمایه گذاری روی تمام این تکنولوژی ها به خاطر محدودیت در منابع ملی و وجود برخی الزامات برای انواع تولیدات پراکنده امری غیر قابل انکار است؛ از اینرو اولویت بندی تکنولوژی های برتر در کشور جهت سرمایه گذاری و همچنین مدیریت منابع مالی و تخصیص میزان مناسبی از منابع مالی به هر تکنولوژی از اهمیت خاصی برخوردار خواهد بود. هدف این مقاله در گام اول ارزیابی فاکتورهای جذابیت تکنولوژی های تولید پراکنده در کشور بوده و در گام بعد اولویت بندی و مدیریت سرمایه در حوزه ی تولیدات پراکنده است. در این روش پیشنهادی، با استفاده از تکنیک آنتروپی و روش تحلیل سلسله مراتبی که از روش های تصمیم گیری چند شاخصه است که برای مدیریت سرمایه در تولیدات پراکنده پیشنهاد شده است. از مزایای روش آنتروپی آسان نمودن تصمیم گیری برای تصمیم گیران در حل مسائل بزرگ و در نظر گرفتن عدم قطعیت تصمیم گیران در مسائل است.

اولین گام در پیاده سازی نیروگاه های فتوولتائیک پیروی از استانداردهای معتبر جهانی موجود در زمینه ساخت این قبیل نیروگاه ها است. با توجه به سهولت مطالعه استانداردهای با متن فارسی و ایجاد بستر مناسبی جهت احداث نیروگاه های فتوولتائیک با استفاده از استانداردهای تدوین شده ملی، لزوم تدوین استانداردهای اولویت دار در سازمان استاتدارد بیش از پیش احساس می شود. هدف این مقاله گردآوری و دسته بندی استانداردهای جهانی موجود در این زمینه و انتخاب استانداردهای با اولویت بالا برای معرفی به سازمان استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران برای تدوین به عنوان استاندارد ملی ایران است. در طی این بررسی تعدادی استاندارد در حدود 600 استاندارد در زمینه سیستم های خورشیدی گردآوری شد. بعد از دو مرحله فیلتر تعداد 20 استاندارد برای بررسی نهایی و انتخاب 5 استاندارد برای تدوین باقی ماندند. با وجود معیارهای مختلف برای انتخاب استانداردهای اولویت دار، مسئله پیشِ رو یک مسئله تصمیم گیری چند معیاره است. بدین منظور در این مقاله از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) که یکی از ابزارهای قوی در مدل کردن معیارهای کمی و کیفی است استفاده می شود. در این روش با شناسایی گزینه ها و معیارهای مناسب، مدل تصمیم گیری تشکیل شده و با مقایسات انجام شده در این مدل، اولویت انتخاب استانداردها برای تدوین بدست آمدند.