طراحی سیستم فتوولتائیک براي یک منزل مسکونی

در این قسمت مراحل طراحی سیستم فتوولتائیک با اجرا بر روي یک سیستم نمونه تشریح می شود. فرض می شود سیستم فتوولتائیک براي تغذیه انرژي الکتریکی مورد نیاز در یک ساختمان مسکونی طراحی شود. به منظور برآورد مصرف انرژي الکتریکی یک واحد مسکونی نمونه، از جدول زیر که توان متوسط مصرفی سالیانه لوازم خانگی در آن ارائه شده استفاده گردیده شده است. اطلاعات مندرج در این جدول بر اساس میزان مصرف متوسط سالیانه لوازم خانگی معمول متعلق به یک واحد مسکونی دو اتاق خوابه به مساحت تقریبی 120 مترمربع در شرق یا جنوب شهر تهران است.

مراحل انتخاب ظرفیت و آرایش آرایه فتوولتاییک در حالت طراحی بر اساس میزان انرژي سالانه مورد نیاز

گام اول: تعیین میزان مصرف متوسط سالانه انرژي که بر اساس آخرین فیشهاي برق مصرفی توسط مشتري تعیین میشود. حداقل لازم است که میزان مصرف در 12 ماه گذشته مورد بررسی قرار گیرد و در صورت امکان، میزان مصرف انرژي در چند سال اخیر نیز بررسی شود. در صورتی که خود مشتري فیشهاي مربوطه را ندارد لازم است که از اداره برق مربوطه اطلاعات مورد نیاز حاصل شود. از این داده ها براي برآورد میزان مصرف انرژي سالانه استفاده می شود.
گام دوم: تغییرات مصرف لحاظ شود؛ اگر پیشنهاداتی براي انجام تغییرات در جهت بهبود بهره وري مصرف انرژي براي مصرف کننده وجود دارد، این تغییرات صورت گیرد و میزان تأثیر آنها بر کاهش مصرف انرژي سالانه در نظر گرفته شود. همچنین لازم است که بارهاي اضافی که در آینده به سیستم اضافه خواهد شد، لحاظ گردد.
گام سوم: برآورد میانگین مصرف سالانه انرژي که بر اساس داده ها ي حاصل در گام 1 و 2 صورت می گیرد و با استفاده از میانگین مصرف سالانه انرژي، طراحی انجام میشود.
گام چهارم: تعیین اندازه آرایه ها این مرحله اساسی ترین بخش طراحی را تشکیل می دهد. براي تحقق انجام این مرحله باید جزئیاتی که در ادامه تشریح می گردد، به دقت رعایت گردد. در ابتداي امر لازم است به موارد زیر توجه شود:

-بازده مبدل.
– تلفات سیستم (براي مثال: میزان تلفات در کابلها).
– میزان تابش خورشید در زاویه تابشی و جهتگیري مورد نظر.
– خط اهاي (تلورانس هاي) شرکت سازنده ماژولها.
– اثرات دما.
– اثر آلودگی بر ماژولها.
اطلاعات میزان تابش خورشید در دفترچه مشخصات فنی ارائه شده از سوي سازمان انرژي هاي نو ایران (سانا)  موجود است. نکته قابل ذکر این است که در زمینه شدت تابش معیاري موسوم به PSH تعریف شده است که برابر با تعداد ساعاتی است که در آن میزان انرژي تابش خورشید برابر یک kWh/m می باشد.

محاسبه میزان انرژي روزانه مورد نیاز از آرایه هاي فتوولتاییک:

لازم است به این نکته توجه شود که بخاطر بازده مبدل و تلفات، میزان انرژي روزانه دریافتی از آرایه فتوولتاییک باید بیش از میانگین بار روزانه باشد. بازده مبدل را می توان از کارخانه سازنده دریافت کرد، معمولاً مبدل ها بازده بین 90 تا 96 درصد دارند. پیشنهاد می شود بازده مبدل 92 % در نظر گرفته شود، این مقدار با لحاظ کردن بازده تجهیز MPPT  که به منظور حداکثرکردن توان تحویلی در کنار مبدل استفاده می شود، پیشنهاد شده است.

طبق جدول بالا میزان متوسط مصرف انرژي روزانه براي یک ساختمان مسکونی برابر  23/52 kw/h می باشد.

با در نظر گرفتن تاثیر تلفات که بیشترین مقدار آن 5% فرض می شود و لحاظ کردن بازده مبدل ( 92 % فرض می شود)، برايمثال مذکور، میزان انرژي روزانه مورد نیاز به صورت زیر است:

  .26.91 kw/h÷ 0.92÷0.95=26.91kw/h

تهران بطور متوسط داراي میزان متوسط تابش سالانه خورشید )PSH( برابر 5 ساعت باشد. بنابراین بیشترین انرژي مورد نیاز از آرایه فتوولتاییک به شرح زیر است:

26.91 kWh ÷ 5 PSH = 5.382 kW

در ادامه باید عواملی را که بر روي خروجی سیستم فتوولتاییک تاثیر می گذارند مورد بررسی قرار داد و تاثیر آنها را لحاظ نمود. این عوامل عبارتند از:

1.خطای خروجی سازنده

2.اثر آلودگی ها و گرد و خاک

3.اثر دما

محاسبه کمترین تعداد براي آرایه هاي فتوولتاییک:

تعداد ماژول هاي مورد نیاز در آرایه فتوولتاییک از تقسیم پیک توان مورد نیاز بر میزان توان تولیدي هر ماژول بدست می آید. بنابراین براي نمونه مورد طراحی، تعداد ماژول هاي 265 وات مورد نیاز بصورت زیر محاسبه می شود:

5.382 kW ÷ 212.3 W = 25.35 ≈ 26

بنابراین 26 ماژول، توان موردنیاز را فراهم می کند

تعیین آرایش نهایی آرایه هاي فتوولتاییک:

آرایه باید با محدوده مجاز ولتاژ مبدل تطابق داشته باشد و بنابراین، آرایش نهایی آرایه به مبدل انتخابی و محدوده مجاز ولتاژ عملکرد آن بستگی دارد.