جزوه آموزشی بسته طراحی انرژی خورشیدی فتوولتائیک

_{این پارامتر مرکب که ساعت های تابش نور خورشید و شدت آن را شامل میشود، آفتاب گیری یاشدت تابش خورشید نامیده شده و برحسب وات بر مترمربع (V/m2) بیان میگردد. واحد معمول تر وعملی تر به صورت ( » کیلووات ساعت بر مترمربع در روز « )(kwh/day/m2)  نیز مورد استفاده واقع میشود.}

 
 شدت تابش خورشید و پنل خورشیدی
 
_{در قسمتی از بدنه یا جعبه پنلهای خورشیدی به عددی اشاره میشود که معرف توانی است که انتظار میرود یک چنین پنلی قادر به تولید آن باشد (برحسب وات)البته مشروط بر آن که تابش خورشید در هر مترمربع از محل مورد نظر، 1000 وات در نظر گرفته شود. این شدت تابش یعنی 1000 وات بر مترمربع، رقمی است که در ساعات میانی و به خصوص ظهر هنگام اواسط تابستان میتوان به آن دست یافت. بنابراین توقع نداشته باشید که با احتساب یک میانگین روزانه، به چنین رقمی برسید. با دانستن شدت تابش خورشید در مکان مورد نظر و با در نظر گرفتن میانگین روزانه آن یعنی تعداد (کیلووات ساعتها بر مترمربع در روز ) و با ضرب کردن این رقم در توان پنلهای خورشیدی (برحسب وات)، میتوان حدود انرژی دریافتی روزانه توسط پنلها را مشخص نمود.}
 
محاسبه شدت تابش خورشید

_{شدت تابش خورشید از یک جا تا جای دیگر در تغییر بوده و میزان آن در ایام مختلف سال نیز عوض میشود. اگر میخواهید یک برآورد تقریبی منطقی داشته باشید باید برای هر مکان خاص و هر موقعیت زمانی مشخص، شدت تابش ویژه ای را در نظر بگیرید. با تسهیلاتی که سازمان فضایی و هوانوردی ملی آمریکا (ناسا)فراهم آورده، یافتن شدت تابش نور خورشید در نواحی مختلف، بسیار ساده شده است.ماهواره های هواشناسی ناسا، شدت تابش نور خورشید را در جای جای کره خاکی ما استخراج کرده ودر اختیار کاربران قرار دادهاند.}
 
 
 
جذب میزان بیشتری از انرژی خورشیدی
 
<sub>شیب یا انحراف پنل خورشیدی از راستای عمودی، در میزان انرژی جذب شده مؤثر میباشد، با یک آزمایش عملی ساده میتوان پی برد که میزان انرژی دریافتی پنل هایی که به صورت عمودی از یک دیوار آویخته شده اند و همچنین پنل هایی که مستقیماً و به صورت تخت و افقی بر روی زمین نصب گردیده اند.به مراتب کمتر از مقدار انرژی جذب شده  توسط نمونه هایی است که سطح آنها به سمت خورشید نشانه رفته و در واقع پنل ها به صورت زوایه دار و اُریب نصب گردیده اند.  . در صورتی که پنل خورشیدی را به صورت زاویه دار نصب کرده و آن را به صورت متمایل به راستای تابش نور خورشید نشانه روید، قادر به جذب انرژی بیشتری بوده و طبیعتاً توان بیشتری را هم به دست خواهید آورد.اثر این کار در ماههای فصل زمستان که به نظر میرسد خورشید در ارتفاع پایین تری از آسمان واقع شده، محسوس تر میباشد.علت خیلی ساده است؛ وقتی خورشید در نقطه اوج خود قرار دارد، شدت تابش اشعه آن زیادبوده  وبا گذشت زمان و چرخش خورشید در آسمان، ارتفاع ظاهری آن نسبت به مکان مورد نظر کم شده و اشعه نور آن به صورت مایل دریافت میشود، همان مقدار نور، به مساحت بیشتری تقسیم میگردد.
 

 
 
 
 
 
 
  همانطوری که ملاحظه میکنید، متناسب با زاویه تابش نور خورشید به محل مورد نظر، شدت تابش تغییر میکند. وقتی خورشید دقیقاً در بالای سرمان واقع میشود، تعدادی از پرتوهای نوری خورشید به اندازه 1 متر، محوطه ای به پهنای 1 متر را در روی سطح زمین مورد اصابت خود قرارمیدهند (شکل سمت چپ) هنگامی که مطابق شکل سمت راست، زاویه تابش شعاعهای نور خورشیدبا زمین فرضاً 30 درجه میگردد. همان مقدار پرتورهای قبلی با پهنای 1 متر، این بار فضایی در حدود ۲متر از زمین را هدف قرار میدهند. به این ترتیب ملاحظه میشود که شدت تابش نور خورشید در حالت دوم یعنی با زاویهی 30 درجه، نسبت به حالت اول یعنی 90 درجه، نصف میگردد (یادآوری: در مثلث قائم الزاویه، ضلع روبروی زاویهی 30 درجه، نصف وتر است)</sub>.

 

تأثیر شیب پنل بر شدت تابش نور خورشید

 

_{با شیب دادن و متمایل ساختن پنلها به سمت خورشید، انرژی بیشتری جذب شده و به تبع آن،برق بیشتری تولید خواهیم کرد. در بسیاری از موارد، اندازه این زاویه به شیب شیروانی ساختمان مورد نظر بستگی دارد هر چند که در سالهای اخیر و با تحقیقات صورت پذیرفته و ارائه جداول مختلف، برای هر مکان خاص میتوان به زوایای بهینه ای دست یافت که با حداکثر انرژی دریافتی همراه و توأم باشد. در ادامه، جدولی را ملاحظه میکنید که تأثیر زاویه دهی پنلها و شرایط مختلف نصب آنها، و زمانهای مختلف سال بر میزان شدت تابش دریافتی در شهر لندن را نشان میدهد.}

 

 

 

  محاسبه شیب بهینه پنل

 

به دلیل زاویه  23/5  درجه ای که محور گردش زمین با صفحه گردش آن به دور خورشید میسازد. شیب بهینه پنلهای خورشیدی در طول سال، بسته به فصول مختلف تغییر میکند. درپاره ای از موارد و با توجه به شرایط و موقعیت نصب پنلها، این امکان وجود دارد که شیب آنها را به صورت ماهیانه تغییر داده و تنظیم کرد در حالی که در بسیاری از حالات، تغییر دادن زاویه پنل هامقدور نبوده و آنها را به صورت ثابت نصب مینمایند محاسبه ی شیب بهینه پنل ها دشوار نبوده و از رابطه ی زیر به دست می آید:

عرض جغرافیایی-90 درجه  = بهترین زاویه ی ثابت پنل در طول فصول سال

 

محاسبه توان تولیدی پنل خورشیدی

_{بر مبنای اعداد به دست آمده در مورد شدت تابش ماهیانه و با ضرب کردن آنها در وات نامی هر
پنل می توان به میزان انرژی الکتریکی آن در روز دست یافت ،یعنی:}

                         _{شدت تابش نور خورشید × وات نامی پنل = وات ساعت در روز}

_{همانطور که ملاحظه کردید ،رقم مربوط به شدت تابش ،به ماه مورد نظر و شیب پنل بستگی دارد .برای مثال فرض کنید یک پنل خورشیدی20 وات داریم و در شهر لندن و در ماه های خرداد آذر ، آن را به دو صورت تخت و زاویه ی 38درجه  قرار داده ایم و به جهت به دست آوردن انرژی دریافتی روزانه می توان به طریق زیر عمل کرد}

 

    

کاربرد زاویه چینش آرایه ها

 

_{با این همه، همین حسابهای تقریبی و سرانگشتی هم بسیار مفید فایده بوده و میتوانند در برآورد هزینه های تقریبی یک سیستم برق خورشیدی، مؤثر واقع شوند. این محاسبه بسیار ساده بوده و کافی است رقم به دست آمده از تعداد وات ساعتها در روز را به رقم مربوط به بدترین وضعیت شدت تابش خورشید ماهیانه (یعنی ماه آذر) تقسیم کرد.این کار آنقدر ارزش دارد که با صرف کمی وقت، پنلها را در زوایای مختلف قرار داده و نتایج حاصله را با هم مقایسه کنیم.}

 

 

_{مقایسه اطلاعات داده شده در جدول فوق مشخص میکند که بسته به نحوه زاویه دهی پنلها، انتخاب نمونه هایی در حد 643 الی 1159 وات، کل نیازهای الکتریکی خانه فرضی مورد نظر ما در ماه آذر را مرتفع میسازد}

 

   راندمان آرایه خورشیدی

 

_{پنلهای خورشیدی را با را با حداکثر توان خروجی شان میسنجند ،حداکثر توان خروجی پانل های خورشیدی، در هوای صاف و آفتابی و در ولتاژی بین 15 الی 42 ولت ایجاد میگردد. هر چند که اکثر اینورترها، باتریها و کنترل کننده ها، قادر به استفاده از این ولتاژ نبوده و ولتاژ مزبور را باید به طریقی کاهش داد تا با ولتاژ ورودی آنها هم خوانی پیدا کند و همین کم کردن ولتاژ، خود، باعث اُفت توان هم میگردد.از نقطه نظر انرژی تابشی موجود در یک محل، در قیاس با مقدار انرژی جذب شده به توسط آرایه،راندمان یا بازدهی در حدود 75 ٪ ملاحظه میگردد.}

_{خوشبختانه برای بالا بردن بازده و جبران این گونه تلفات میتوان اینورترها و کنترل کننده هایی را ابتیاع نمود که با بهره گیری از یک قابلیت ویژه به نام  ردیاب یا جستجوگر حداکثر توان ( با حرف اختصاری  MPPT )، باعث ایجاد بیشترین توان ممکن میگردند. قابلیت مزبور، ولتاژ دریافتی از آرایه خورشیدی را به گونه ای تنظیم میکند که با تأمین ولتاژ صحیح مورد نیاز باتریها یا اینورتر، این اُفت را حذف کرده یا لااقل میزان آن را کاهش میدهد.راندمان یا بازده این ردیابها بین 901 تا 95 ٪ میباشد هرچند که با توجه به گران بودن کنترل کنندههای مجهز به این قابلیت نسبت به انواع فاقد آنها و همچنین گرانی اینورترهای مشابه، درموقع خرید باید به این اختلاف هزینه های اولیه توجه کرده و پیامدهای مثبت و منفی آنها را مدنظر قرار داد.
به طور کلی، کنترل کننده های مجهز به قابلیت MPPT در توانهای بیش از 200 وات و اینورترهای مشابه، در توانهای بالاتر از 300 وات، مقرون به صرفه و اقتصادی میگردند. ضمناً توجه داشته باشید که در سیستم های متصل به شبکه که اینورتر، مستقیماً از پنلهای خورشیدی تغذیه میگردد، حتماً به یک نمونه مجهز به قابلیت ردیابی حداکثر توان نیاز خواهید داشت ولی اگر میخواهید اینورتر را از یک یاچند باتری تغذیه کنید، اجباری به خرید یک نمونه مجهز به قابلیت ردگیری حداکثر توان ندارید خلاصه اگر میخواهید مسئله عدم بازدهی صد در صد یا اُفت توان را هم در محاسباتتان منظور نمایید، مراقب باشید که در صورت استفاده از اینورتر یا کنترل کننده مجهز به قابلیت MPPT ، رقم نهایی محاسبه شده را به 0/9 تقسیم کرده و اگر از نمونه های فاقدMPPT بهره گرفته اید عدد مزبور را به 0/75  تقسیم نمایید. در این صورت خلاصه ی محاسبات به شرح زیر جمع بندی میگردد:}

 

 

 

   تأثیر دما پنل خورشیدی

 

_{وقتی پنلهای خورشیدی در دماهای پایین و نواحی سردسیری مورد استفاده واقع میشوند، در مقایسه با اقلیم ها و مناطق گرمسیری، عملکرد بهتری را ارائه داده و توان تولیدی در دماهای پایین به مراتب بیشتر از دماهای بالا خواهد بود. به این ترتیب مشاهده میشود که برق تولیدی یک سیستم فتوولتایی در یک روز غبارآلود و نه چندان صاف و آفتابی ولی همراه با وزش باد ملایم و خنک، بیشتر ازیک روز صاف و آفتابی و فاقد وزش باد است.}

_{وقتی پلاک مشخصات پنلهای خورشیدی را کنترل میکنید توجه داشته باشید که توان یا وات نامی قید شده، مربوط به تابشدهی 1000 وات بر مترمربع و در دمای ۲5 درجهی سانتیگراد میباشد. لذا باید انتظار داشت که برق تولیدی این پنلها در دماهای پایینتر از25  درجه، بیشتر و در دماهای بالاتر از آن،کمتر از حد مورد نظر باشد وقتی پنلها در مقابل تابش نور خورشید قرار میگیرند، گرم شده و قسمت عمده این گرما، ناشی ازجذب اشعه مادون قرمز نور خورشید میباشد و باز به دلیل مشکی یا تیره بودن رنگ آنها، افزایش دمایشان هم قابل ملاحظه و محسوس خواهد بود. تجربه نشان داده که در نواحی گرمسیری، دمای سطح این پنلها به راحتی به حدود 80 الی 90 درجهی سانتیگراد هم میرسد.اکثر سازندگان پنلهای خورشیدی اطلاعاتی را در اختیار کاربران میگذارند تا آثار این تغییرات دما  بر روی عملکرد پنلها را به آنها گوشزد نمایند. این اثر که به (ضریب دمایی توان نامی )موسوم است با  درصدی از کاهش توان به ازای هر درجه سانتیگراد افزایش دما، مشخص میگردد.}

 

 

 

_{معمولاً اندازهی این پارامتر چیزی در حدود0/5درصد میباشد یعنی با هر درجه سانتیگراد بالا رفتن دمای محیط، بازده آرایه خورشیدی به میزان 0/5 درصد کاهش می یابد  و بالعکس، با هر درجه سانتیگراد پایین آمدن دما، بازده آرایه به اندازه 0/5 درصد افزایش مییابد ،در جدول زیر درصورتی که اندازه این ضریب را همان 0/5 درصد در نظر بگیریم، تأثیر تغییرات دما بر یک پنل خورشیدی 100 وات به شرح  زیر خواهد بود}

 

 

 

_{با درک این مسئله که خنک نگه داشتن پنل ها چه تأثیر قابل ملاحظه ای در کارایی آنها دارد، بهتر است در موقع نصب و طراحی محل استقرار پنلها، تا حد امکان تمهیداتی را پیش بینی کنید که جریان آزاد هوا از زیر و روی آنها عبور نماید. اگر هدفتان نصب پنلها بر روی بام یا شیروانی است حتماً یک بادخور 7 الی 10 سانتیمتری را بین سطح شیروانی یا بام و بدنه پنلها در نظر داشته باشید. البته به جای خوابانیدن مستقیم پنلها بر روی شیروانی یا بام میتوان آنها را ابتدا بر روی یک قاب یا پایه سوار کرد که در این صورت هدف مزبور یعنی فاصله دهی و جریان پیدا کردن هوا، به صورت خودکار تأمین میگردد. در مواردی که قرار است پنلها بر روی شیروانی نصب گردند و در صورتی که میانگین سالیانه دمای هوای محل در حدود 25 درجه سانتیگراد و بیشتر است، برای یافتن دمای واقعی پنلها، عدد مزبور را در 1/4  ضرب کرده و اگر قرار است پنلها، بر روی یک دیرک مستقر شوند، برای یافتن  دمای واقعی دمای محل  را در  1/2 ضرب نمایید. معمولاً در دفترچه راهنما یا بروشور پنلها به جدول یا نموداری اشاره میشود که تأثیر دما بر روی توان نامی آنها را معین میسازد. در این صورت و با توجه به اُفتی  که از این بابت در سیستم ایجاد میگردد، باید اندکی وات اضافه را برای آثار و تبعات ناشی از افزایش دما، پیش بینی نمود. پیدا کردن میانگین دمای هوا در نواحی مختلف جهان کار دشواری نبوده و با مراجعه به وب سایت » کانال هوا «( Weather Channel ) به آدرس: www.weather.com به راحتی میتوان به آن دسترسی پیدا کرد. به مجرد اتصال به وب سایت یاد شده، به سادگی قادر به مشاهدهی میانگین ماهیانه دمای هوای اکثر شهرها در کشورهای مختلف جهان خواهید بود. برای سهولت کار، دماهای مزبور، هم به صورت سانتیگراد و هم به شکل فارنهایت ارائه گردیده اند}

کلیک کنید: فیلم آموزش طراحی سیستم برق خورشیدی