ب: سیستمهای مستقل از شبکه
سیستمهای مستقل از شبکه (سیستمهای جزیرهای)، سیستمهایی هستند که بدون اتصال به شبکه سراسری، برق خود را تامین می نمایند. این سیستمها برای مناطق دور از شبکه که به دلیل محدودیتهای فنی(صعب العبور بودن منطقه) و اقتصادی( همانند دور بودن از مراکز تولید توان و یا داشتن جمعیت پایین) انتقال برق رسانی مشکل است، کاربرد زیادی دارند.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
کاربرد مستقل سیستمهای تولید پراکنده به صورت جزیرهای، جهت تامین بار مصرف کنندگان، از مزایای عمده آنها محسوب می شود. برای صنایع و واحدهایی که قطع برق خسارت فراوانی را برای آن ها در برداشته و یا به طور کلی مکانهایی که امکان دسترسی به انرژی برق از طریق شبکه سراسری با قیمت مناسب را نداشته باشند، بکارگیری این سیستمها مفید میباشد. با گسترش پیشرفت صنعت برق، تکنولوژیهای جدید و مختلفی ایجاد شده است. اکثر این تکنولوژیها به صورت تجاری و صنعتی در دسترس می باشند.
یکی از مهم ترین مسائل در سیستمهای تولید پراکنده در حالت مستقل از شبکه، پیوستگی تغذیه بار و کنترل ولتاژ و فرکانس آن است. معمولا در سیستم های تولید پراکنده مستقل از شبکه، از منابع تجدیدپذیر انرژی (مانند انرژی خورشیدی یا بادی) به عنوان منبع اولیه انرژی استفاده می شود. باتوجه به تغییرات شدت نور و سرعت باد در طول روز، توان حاصل از این منابع دارای نوساناتی است. در نتیجه استفاده از واحد ذخیره انرژی برای تامین پیوسته بار اجتناب ناپذیر است. لذا بهرهمندی از سیستم کنترلی مناسب برای کنترل توان بین واحدهای ذخیره انرژی با منابع انرژی اولیه به گونه ای باشد، که بار به طور پیوسته تامین شود [۱۹]. هدف از این پایان نامه ارائه سیستم کنترلی مناسب برای کنترل پخش توان بین واحدهای انرژی و کنترل فرکانس در سیستم تولید پراکنده میباشد.
۲-۳-۴ انواع تولیدات پراکنده
این تولیدات پراکنده را می توان از دید تکنولوژی به سه دسته عمده تقسیم نمود که عبارتند از:
الف: تکنولوژی گازی
ب: تکنولوژی های انرژی نو
ج: وسایل ذخیره انرژی
که در آن تکنولوژی گازی شامل توربینهای احتراقی گازی، توربینهای کوچک و سلولهای سوختی میباشد. تکنولوژیهای انرژی نو شامل انرژی نهفته طبیعی، توربینهای کوچک بادی، سلولهای فتوولتائیک می باشند. انرژی خورشیدی با بهره گرفتن از سلولهای فتوولتائیک تبدیل به انرژی الکتریکی می شود. وسایل ذخیره انرژی شامل باتری، ابر رسانای مغناطیسی، سوپر خازنها، سدهای ذخیره آب و وسایل ذخیره انرژی هوای فشرده می باشند [۲۰].
۲-۴ سیستم هیبرید[۷]
ریز شبکه ها مفهوم تازهای برای آیندهی سیستمهای انرژی هستند که بهره برداری از انرژیهای تجدیدپذیر را ممکن ساختهاند. یک ریز شبکه از تعدادی واحد تولید پراکنده و بارهای متصل به آن تشکیل شده، که می تواند در حالت متصل به شبکه و یا مستقل از آن (جزیره ای) عمل کند [۲۱].
این شبکه ها که از منابع مختلف انرژی تغذیه میشوند، به صورت ترکیبی و مکمل با یکدیگر کار می کنند. این ساختارها به عنوان سیستمهای هیبریدی قدرت یا سیستمهای ترکیبی قدرت شناخته میشوند. در این سیستم ها حداقل یکی از منابع توان منبع انرژی تجدیدپذیر می باشد. از آنجایی که این سیستمها از دو یا چند منبع مختلف انرژی تغذیه میشوند در مقایسه با سیستمهایی که یک منبع برای تولید برق دارند از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار هستند. مزیت اصلی ریز شبکه یا سیستم هیبریدی قدرت عبارت است از [۲۲]:
۱- عملکرد مستقل از شبکه سراسری
۲- امکان استفاده از تولید همزمان توان الکتریکی و حرارتی
۳- قابلیت اتصال به شبکه سراسری
۴- قابلیت عملکرد پایدار در مناطق دور افتاده و جدا از شبکه سراسری
۵- رایگان بودن انرژی اولیه این سیستمها
۲-۴-۱ مزایای ریز شبکه و چالشهای سیستمهای هیبریدی
پیشرفت و کاربرد ریز شبکه ها مزایای بسیاری را برای صنعت تولید برق به همراه داشته است. این مزایا عبارتند از [۲۳]:
۱- افزایش قابلیت شبکه
۲- ارائه انرژی الکتریکی بی وقفه به بارهای حساس
۳- کاهش آلودگی هوا به ویژه دی اکسید کربن
۴- کاهش تلفات شبکه توزیع و انتقال
۵- کاهش هزینه های خطوط انتقال
۶- نیاز به سرمایه گذاری کمتر و مناسب بودن برای مشارکت بیشتر در بازار برق
۷- یافتن راحتتر فضای مناسب جهت احداث، به علت کوچک بودن فضای مورد نیاز
۸- راحتی گسترش و امکان اتصال یک میکروتوربین به ریز شبکه، بدون نیاز به تغییرات در سایر میکرو توربین ها و شبکه
۹- بازدهی بالا
علی رغم مزایای بسیار سیستمهای ریز شبکه، استفاده از این سیستم ها منجر به بروز چالش ها و موانعی نیز می گردد. برخی از این چالش ها عبارتند از [۲۳]:
۱- مشکلات فنی مانند مدیریت، حفاظت، کنترل و پایداری ریز شبکه
۲- نبود استانداردهای لازم جهت پیادهسازی سیستمهای ریز شبکه
۳- وجود موانع اداری و حقوقی و فقدان قوانین و مقررات لازم به منظور تنظیم عملکرد شبکه
۲-۵ سیستم فتوولتائیک
به پدیده ای که در اثر آن و بدون استفاده از مکانیزم های مکانیکی، انرژی تابشی به انرژی الکتریکی تبدیل شود پدیده فتوولتائیک گفته می شود. این پدیده بر فرضیه ذره ای بودن انرژی تابشی بنا نهاده شده است. هر سیستمی نیز که از این خاصیت استفاده نماید، سیستم فتوولتائیک نام دارد [۲۴].
در یک سیستم فتوولتائیک هیچ گونه حرکت مکانیکی وجود نداشته و زمانیکه قطعات حرکتی نداشته باشند، استهلاکی نیز وجود نخواهد داشت. سلول های خورشیدی امروزی حتی می توانند به عنوان شیشه پنجره کار کنند. این سلول ها این قابلیت را دارند که بین ۸۰ % تا ۹۰ % نور خورشید را از خود عبور دهند. این کیفیت باعث می شود که پنجره هایی مجهز به سلولهای خورشیدی بتوانند به خنک ماندن هوای داخل در تابستان کمک کنند و ساختمان را زیباتر و هم انرژی الکتریسیته مورد نیاز ساختمان را تهیه کنند.
برخی از معایب استفاده از سیستم های فتوولتائیک عبارتند از [۲۴]:
۱- هزینه تولید برق توسط سلولهای فتوولتائیک بیشتر از هزینه تولیدی برق ناشی از سوختهای فسیلی میباشد. لازم به توضیح است که با افزایش تولید سلولهای فتوولتائیک میتوان هزینهها را کاهش داد.
۲- برق تولیدی از انرژی خورشیدی غیر قابل اعتماد بوده و همواره در دسترس نمی باشد و میزان تولیدات به شرایطی نظیر حالت وضعی خورشید، شرایط اتمسفر، ابری بودن و … بستگی دارد.
۳- به منظور استفاده از انرژی خورشیدی در شب باید از باتری برای ذخیرهسازی انرژی استفاده گردد.
۴- برای مصارف زیاد توان، نیاز به مساحت زیادی برای نصب سلولهای فتوولتائیک می باشد.
۲-۵-۱ تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی در سیستم فتوولتائیک
نور خورشید از فوتونها یا ذرات انرژی خورشیدی تشکیل شده است. این فوتونها که مقادیر متغیر انرژی را شامل می شوند، درست مشابه با طول موجهای متفاوت طیفهای نوری هستند. وقتی فوتون ها به یک سلول فتوولتائیک برخورد می کنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند و یا جذب شوند.
فقط فوتونهای جذب شده، انرژی لازم را برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند. وقتی نور خورشید به میزان لازم و یا انرژی توسط جسم نیمه هادی جذب شود، الکترونها از اتمهای جسم جدا میشوند.( به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرژی فوتون به لایه بالاتر رفته و می تواند از میدان پروتون آزاد شده و آزادانه در نیمهرسانا حرکت کند). رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن موجب می شود سطح جلویی سلول برای الکترونهای آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنابراین، الکترونها به طور طبیعی به سطح مهاجرت می کنند. زمانیکه الکترون ها موقعیت n را ترک می کنند، حفرههایی تشکیل می شود. تعداد الکترونها زیاد بوده و هر کدام یک بار منفی را حمل می کنند و به طرف جلوی سطح سلول پیش میروند. در نتیجه عدم توازن بار بین سلولهای جلویی و سطح عقبی، یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطب های مثبت و منفی یک باتری ایجاد می شود. زمانیکه دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط شوند، الکتریسیته جریان می یابد.
سیستم های فتوولتائیک از سه بخش اصلی تشکیل شده اند:
الف: ماژول یا پنل های خورشیدی
ب: قسمت واسطه یا بخش توان مطلوب
ج: مصرف کننده یا بار الکتریکی
مصرف کننده
واسطه (باتری)
ماژول
فتوولتائیک
شکل ۲-۱ : بخش های اصلی یک سیستم فتوولتائیک
الف: ماژول یا پنلهای خورشیدی
مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی می باشد. پنلهای فتوولتائیک که در معرض خورشید قرار میگیرند، متشکل از سلولهای فتوولتائیک هستند. ماده اصلی تشکیل دهنده بیشتر سلولهای خورشیدی موجود در بازار از لایه نازکی از مواد نیمه رسانا، مانند سیلیکون تشکیل می شوند.
سلولهای فتوولتائیک به صورت الکتریکی در مدار های سری یا موازی متصل می شوند تا ولتاژ یا جریان بیشتر تولید کنند. به مجموعه ای از این سلولها که در کنار یکدیگر بر اساس طراحیهای هر کارخانه سازنده در یک لایه محافظت شده از نظر محیطی، سری و موازی می گردند و بلوک ساختمان اولیه یک واحد مولد فتوولتائیک را تشکیل می دهند، پنل یا ماژول فتوولتائیک گفته می شود و مجموعه این پنلها آرایهی خورشیدی عنوان می گردد. در شکل زیر این مطلب نشان داده شده است.
شکل ۲-۲ : آرایه، پنل، ماژول و سلول فتوولتائیک
ماژولهای فتوولتائیک و آرایهها معمولاً بر اساس ماکزیمم توان DC خروجی تحت شرایط استاندارد آزمایش برآورد می شود. شرایط استاندارد آزمایش با یک دمای ۲۵ درجه برای عملکرد ماژول، تابش خورشیدی لازم در سطح ۱۰۰۰ وات بر متر مربع و تحت شرایط جرم هوایی ۵/۱ در انتشار طیف تعیین می شود. تا زمانیکه این شرایط برای نحوه عملکرد ماژول های PV و آرایهها در این حوزه عادی نشود، عملکرد واقعی تا حدی کمتر از حالت استاندارد است.
