طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی سال 1401 + word و pdf

برآورد هزینه طرح توجیهی احداث انواع نیروگاه خورشیدی در سال 1401
با توجه به تقاضای رو به رشد مصرف کنندگان در سطح جهانی، نیاز به تولید برق افزایش یافته است. در عین حال، افزایش بهای گاز طبیعی و تأکید مقررات بر محدود کردن انتشار گازهای گلخانه ای، هزینه تولید برق با استفاده از سوخت های فسیلی را افزایش داده است.

خلاصه مالی و اقتصادی طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی 1 مگاواتی (سال 1401)

کل سرمایه گذاری طرح	160,501 میلیون ریال
سرمایه ثابت	159,972 میلیون ریال
نرخ برگشت سرمایه	22 درصد
مدت زمان برگشت سرمایه	4.6 سال
سرمایه موردنیاز خرید تجهیزات	138,949 میلیون ریال
تعداد پرسنل ستادی و اجرایی موردنیاز اجرای طرح	4 نفر

خلاصه مالی و اقتصادی طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی ۲۰۰ کیلو وات (سال 1401)

کل سرمایه گذاری طرح	47,694  میلیون ریال
سرمایه ثابت	45,552 میلیون ریال
نرخ برگشت سرمایه	22 درصد
مدت زمان برگشت سرمایه	4.6 سال
سرمایه موردنیاز خرید تجهیزات	35,204 میلیون ریال
تعداد پرسنل ستادی و اجرایی موردنیاز اجرای طرح	3  نفر

بخشی از مزایای استفاده سیستم فتوولتاییک

به همین دلیل، رویکرد به استفاده از سایر منابع انرژی برای تولید برق، از جمله احداث نیروگاه خورشیدی با استفاده از سیستم های فتوولتاییک، افزایش یافته است. نیروگاه های خورشیدی فتوولتاییک به علت مزایای زیادی که دارند، کاربرد فراوان دارند. اولین نوع آنها در اقمار مصنوعی آزمایش و کارایی خود را به نحو احسن انجام دادند.

عمر طولانی (حدود 20 سال)، قابلیت نصب و راه اندازی در شرایط جغرافیایی ویژه مانند مناطق صعب العبور و کوهستانی، قابلیت استفاده در سیستمهای متحرک، نگهداری آسان، عدم وابستگی به شبکه در نقاط دوردست و قابلیت استفاده به صورت متصل به شبکه همه مزایایی هستند که آینده درخشانی را برای استفاده از سیستم های فتوولتاییک ترسیم می کنند.

میزان تولید برق از طریق سیستم های فتوولتاییک در جهان در هر پنج سال دو برابر می شود. پیشرفتهای صنعتی و تکامل فناوريهای مورد استفاده در تولید سلولهای فتوولتاییک، بهره وری بالاتر و استفاده وسیع تر از این سیستمها را در پی دارد. بطوریکه در طول دو دهه گذشته، هزینه ساخت و نصب یک سیستم فتوولتاییک در حدود 20 درصد کاهش یافته و توان تولیدی هر واحد نیروگاه خورشیدی نصب شده دو برابر شده است.

سلول های فتوولتاییک

تبدیل مستقیم انرژی خورشید به الکتریسیته معمولاً به وسیله سلولهای فتوولتاییک صورت می گیرد که از اثر فتوولتاییک استفاده می کنند. اثر فتوولتاییک بر اساس اثر متقابل فوتون هایی با انرژی برابر با یا بیش از انرژی باند ممنوعه مواد فتوولتاییک است. ماژول های فتوولتاییک انرژی خورشید را بدون آلودگی و سر و صدا و نوسانات به الکتریسیته تبدیل می کنند.

انرژی خورشید چگالی انرژی کمی دارد و بنابراین، ماژول های فتوولتاییک باید سطح زیادی داشته باشند تا بتوانند انرژی کمی تولید کنند. سیستمهای فتوولتاییک در شبکه های قدرت به هم پیوسته از مبدل استفاده می کنند تا جریان dc تولید شده به وسیله آرایه های فتوولتاییک به جریان ac متناسب با ولتاژ و فرکانس مورد نیاز در شبکه برق تبدیل شود.

انرژي الکتریکی خورشیدی منبع اصلی انرژی برای سفینه های فضایی از زمان شروع برنامه های فضایی است. همچنین، حدوداً از سه دهه پیش از آن برای تأمین انرژی در مصارف شهری و کشاورزی استفاده می شود. در یک دهه گذشته، از انرژی خورشیدی برای تأمین انرژی خانه ها و ساختمانهای شهری به طور گسترده استفاده شده که نتیجه پیشرفت در تکنولوژی خورشیدی به همراه تغییرات در ساختار صنعت الکترونیک است.

اجزای سیستمهای فتوولتاییک

1. ماژول : که انرژی خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند.
2. مبدل : که الکتریسیته را به جریان متناوب تبدیل می کند تا از آن بتوان در مصارف مختلف خانگی استفاده کرد.
3. و احتمالاً باتری : که انرژی الکتریسیته اضافی تولید شده در سیستم را ذخیره می کند.
4. دیگر اجزای جانبی سیستم عبارتند از: سیم ها، سوئیچ برای قطع جریان، سازه های پشتیبانی و غیره.

مزایای سیستم فتوولتاییک

سیستم های فتوولتاییک به علت مزایای زیادی که دارند، کاربرد فراوان در نیروگاه های خورشیدی دارند که این مزایا عبارتند از :

1. مزیت اقتصادی و قرارداد خرید تضمینی 20 ساله
2. انرژی پاک : 1. عدم تولید آلودگی های زیست محیطی 2. بیصدا بودن فرایند تولید انرژی
3. کوتاه بودن زمان طراحی و قابلیت نصب سیستم در شرایط جغرافیایی ویژه مانند مناطق صعب العبور و کوهستانی
4. عمر طولانی (حدود 20 سال)، تعمیر و نگهداری آسان و کم هزینه
5. حمل و نقل آسان
6. قابلیت استفاده در سیستمهای متحرک و قابلیت استفاده به صورت متصل به شبکه

انواع سیستم های فتوولتاییک از لحاظ کاربری

بطور کلی سیستم های فتوولتاییک با توجه کاربردشان به دو گروه دسته بندی می شوند :

1. واحدهای فتوولتاییک متصل به شبکه.
2. واحدهای فتوولتاییک مجزا از شبکه.

لازم به ذکر است که کاربری دیگر سیستمهای فتوولتاییک به صورت چندگانه می باشد که در این حالت سیستم فتوولتاییک در کنار منابع دیگر مانند توربین باد یا دیزل، تغذیه بار را انجام می دهند.

1. سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه

به منظور تقویت شبکه سراسری برق و جلوگیری از فشار الکتریکی وارده بر نیروگاه های خورشیدی در طی روز، استفاده از سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه سراسری برق به صورت متمرکز و یا غیرمتمرکز از جمله راه حل های این مشکل می باشد. امروزه سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه در بسیاری از کشورهای جهان در واحدهای کوچک از 1 کیلووات الی 5 کیلووات در بام منازل مسکونی و در واحدهای بزرگ تر به صورت نیروگاه های فتوولتاییک نصب و راه اندازی شده است. از مزایای این سیستم می توان به موارد زیر اشاره کرد :

• نصب و راه اندازی آسان.
• بازدهی بالا و عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده.
• عدم نیاز به باتری جهت ذخیره انرژی الکتریکی.

طراحی سیستمهای فتوولتاییک متصل به شبکه، به گونه ای است که هم زمان و به طور موازی با شبکه برق سراسری توان تولید می نمایند. یکی از اجزاء اصلی سیستمهای فتوولتاییک متصل به شبکه، مبدل الکترونیک قدرت است که برق DC تولیدی توسط آرایه های فتوولتاییک را متناسب با ولتاژ و فرکانس شبکه به برق AC تبدیل نموده و در صورت عدم نیاز، بطور خودکار انتقال نیرو را قطع می نماید.

بطورکلی ارتباطی دو جانبه میان سیستم های فتوولتاییک و شبکه برق وجود دارد، به نحوي که اگر برق DC تولیدي توسط سیستم های فتوولتاییک بیش از نیاز بار مصرفی محلی باشد مازاد آن به شبکه برق سراسری تغذیه می گردد و در هنگام شب و مواقعی که به دلایل اقلیمی امکان استفاده از نور خورشید وجود ندارد، بار الکتریکی مورد نیاز سایت توسط شبکه برق سراسری تأمین می گردد.

سیستم های فتوو متصل به شبکه

همچنین در کاربردهای متصل به شبکه در صورتی که سیستم فتوولتاییک به دلیل تعمیرات از مدار خارج گردد، برق مورد نیاز مصرف محلی از طریق شبکه برق سراسری تأمین خواهد شد. نکته مهمی که در این واحدها باید رعایت شود این است که اگر به هر دلیلی شبکه سراسری قدرت قطع شود، نیروگاه خورشیدی نیز باید تولید را متوقف سازد و بارهای مصرفی قطع شوند.

همانگونه که توضیح داده شد اگر به هر دلیل شبکه بی برق شود، واحد خورشیدی نیز باید تولید توان و تزریق آنرا متوقف سازد. این تشخیص و توقف، توسط مبدل الکترونیک قدرت واحد خورشیدی صورت می پذیرد. در برخی موارد برای افزایش قابلیت اعتماد سیستم، از سیستم های ذخیره کننده انرژی که عمدتاً باتری هستند، استفاده می شود.

بنابراین سیستم های متصل به شبکه سراسری برق را می توان به دو گروه دارای سیستم ذخیره و بدون سیستم ذخیره طبقه بندی کرد. سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه برق مجهز به سیستم ذخیره به خصوص برای خانه های مسکونی و محل های تجاری کوچک بسیار مناسب هستند، زیرا در این سیستم ها از انرژی ذخیره شده برای بارهای حساس مانند: یخچال، روشنایی، آسانسور، پمپ های آبرسانی و غیره استفاده می شود.

سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه

در شرایط معمولی که شبکه سراسری برق دار است، سیستم فتوولتاییک برای شارژ باتری و تغذیه بار محلی انرژی تولید می نماید و در صورتیکه اضافه تولید داشته باشد به شبکه سراسری توان تزریق می نماید و در صورت کمبود تولید، توان مورد نیاز را از شبکه سراسری دریافت می نماید. در هر صورت باتری و یا دیگر ذخیره سازهای انرژی در حالت شارژ کامل به سر می برند.

همچنین رابطه تبادل توان بین واسط واحد خورشیدی و مبدل الکترونیک قدرت واحد خورشیدی نیز به صورت دو طرفه می باشد زیرا در صورتیکه شبکه سراسری برق دار باشد، باتری باید در شارژ کامل باشد اما ممکن است در این حالت به هر دلیل نیروگاه خورشیدی هیچ تولیدی نداشته باشد. بنابراین براي شارژ کردن باتری می توان از شبکه اصلی کمک گرفت.

برای مثال در روزهای بارانی که تولید توان واحد خورشیدی کم و یا صفر است برای شارژ باتری از شبکه قدرت استفاده می شود. در زمانی که شبکه قدرت برق دار باشد مبدل الکترونیک قدرت، باتری را شارژ می نماید و در صورتیکه شبکه بی برق باشد این مبدل از باتری به عنوان منبع انرژی استفاده می نماید. مبدل در صورت قطع شبکه اصلی، کلید بین خود و واسط واحد خورشیدی را باز و کلید بین خود و بار حساس را در صورتیکه توانایی عملکرد مستقل از شبکه برای تولید فرکانس مناسب را داشته باشد، می بندد.

2. سیستم های مستقل از شبکه سراسری برق

طراحی سیستم های مستقل از شبکه به گونه ای است که مستقل از شبکه برق سراسری عمل نموده و جهت تغذیه بار الکتریکی DC و یا AC طراحی می شوند. از آنجایی که واحد خورشیدی قابلیت تولید پیوسته توان را ندارد (شب هنگام) و میزان تولید توان آن کاملا به شرایط جوی وابسته می باشد (کاهش تولید در روزهای ابری و بارانی)، برای تغذیه مناسب و مطمئن بار حتما باید واحد به سیستم ذخیره ساز انرژی مجهز شود. از جمله مزایایی که در رشد و توسعه واحدهای خورشیدی مجزا از شبکه نقش عمده ای دارد، می توان به موارد زیر اشاره کرد :

• عدم نیاز به شبکه سراسری، سیستم انتقال شبکه و تعمیر و نگهداری آن.
• نبود نیاز به سوخت و رفع مشکلات سوخت رسانی به ویژه در مناطق صعب العبور.
• نیاز نداشتن به تعمیر و نگهداری مداوم و طول عمر مناسب.

کاربرد اصلی اینگونه واحدها در مکان هایی است که شبکه اصلی قدرت در دسترس نبوده و یا براي اتصال به شبکه قدرت هزینه زیادي لازم است. به عنوان مثال برای سایت های مخابراتی که در کوهستان ایجاد شده اند، برای تأمین برق خانه های مسکونی، کلبه های روستایی، پمپ های آبرسانی و به طور کلی رفع نیاز الکتریکی مناطقی که دارای شبکه سراسری برق نمی باشند، میتوان از سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه استفاده کرد.

سیستم های مستقل از برق

در این سیستم ها معمولاً از آرایه های نصب شده بر بام ها و یا بر زمین، یک کنترل کننده شارژ باتری و یک مبدل برای تأمین برق متناوب استفاده می شود. کاربرد دیگر نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک مستقل از شبکه، مقاصد روشنایی است، مانند استفاده در روشنایی عمومی، ایستگاه های اتوبوس، چراغ های دریایی، پارک ها، اعلام خطر مناطق مرتفع، فرودگاه ها، کلیه مناطق دور افتاده و مناطق مرزی.

بهره گیری از سیستم روشنایی بر مبنای سیستم های فتوولتاییک، با توجه به خصوصیات خاص خود، از جمله مستقل بودن از شبکه سراسری یا شبکه های محلی برق، همچنین هماهنگی هر واحد مزایای زیادی دارد. عدم وجود ارتباط الکتریکی بین هر واحد باعث بالا رفتن ضریب ایمنی و حذف هر گونه وابستگی و تاثیر بر روی یکدیگر می گردد.

بنابراین استفاده از این روش در مناطقی که شبکه برق وجود نداشته و یا احداث شبکه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد مناسب بوده و عملی تر به نظر می رسد. الزامات کارکرد سیستم های فتوولتاییک مستقل از شبکه عبارتند از :.

1. تعیین ابعاد آرایه فتوولتاییک

برای تعیین ابعاد آرایه سیستمهای فتوولتاییک مستقل از شبکه، باید میزان انرژی مصرف کنندگانی است که قرار است از طریق این سیستم تغذیه شوند، تعیین گردد. سیستم فتوولتاییک مستقل از شبکه ممکن است برای تامین انرژی یک بار کوچک روشنایی طراحی شود یا اینکه ممکن است تغذیه بارهای الکتریکی یک ساختمان یا مجتمع را انجام دهند.

به هر روي تعیین دقیق میزان انرژی مورد نیاز در ابتدای امر ضروری است. عوامل متعددی باعث می شوند که در عمل توان تولیدی آرایه فتوولتاییک از مقدار نامی آنها کمتر باشد، بنابراین برای حصول اطمینان از تغذیه بار موردنظر باید در تعیین ابعاد آرایه فتوولتاییک، اثرات این عوامل را لحاظ کرد. مهمترین این عوامل به شرح زیر هستند:

• بازده مبدل
• تلفات سیستم فتوولتاییک.
• خطاهای شرکت سازنده ماژول ها.
• اثرات دما.
• اثر آلودگی بر ماژول ها.

پس از لحاظ نمودن عوامل فوق، برای تعیین آرایش نهایی آرایه فتوولتاییک باید تطبیق ولتاژ خروجی آرایه با محدوده مجاز ولتاژ مبدل انجام گردد. بنابراین، آرایش نهایی آرایه به مبدل انتخابی و محدوده مجاز ولتاژ عملکرد آن بستگی دارد.

2. تعیین سیستم ذخیره ساز

یکی از ضروریات نیروگاه های خورشیدی فتوولتاییک مستقل از شبکه، طراحی ذخیره کننده انرژی است که عمدتاً باتری می باشد. تعیین ظرفیت باتری باید بگونه ای انجام شود که علاوه بر پاسخگویی معمول در ساعاتی از شبانه روز که تابش خورشید موجود نیست و یا کم است، در صورت وجود شرایط بد آب و هوایی نیز باتری بتواند تامین انرژی را انجام دهد.

پیش از محاسبۀ اندازه باتريها باید یک تخمین حداکثر از تعداد روزهای متوالی در سال که فاقد تابش خورشید است انجام شود. اندازه باتریها به گونه ای در نظر گرفته می شود که در طی این زمان بار موردنیاز کاملاً تأمین گردد. همچنین باید در نظر داشت که برای افزایش طول عمر باتریها نمیتوان آنها را بطور کامل دشارژ نمود و لذا حداکثر میتوان به اندازه عمق تخلیه هر باتری که درصدی در حدود 80% می باشد از توان باتری استفاده کرد.

این درصد باید در محاسبۀ اندازه باتری مورد استفاده در نظر گرفته شود. در صورتیکه دسترس پذیری کاملی از سیستم فتوولتاییک انتظار نرود، میتوان درصد قابل توجهی از تعداد باتريها و ماژول ها را کم کرد. اینکار موجب کاهش قابل ملاحظه ای در اندازه باتريها و در نتیجه صرفه جویی زیادی در هزینه ها خواهد گردید.

3. دسترس پذیری

دسترس پذیری به صورت درصدی از زمان که یک سیستم قدرت میتواند کل بار مورد تقاضا را تأمین کند تعریف می شود. مقدار دسترس پذیری تعریف شده برای یک سیستم فتوولتاییک ارتباط مستقیمی با نوع بار مورد تغذیه دارد. برای بارهای حساس دسترس پذیری باید بالای 99% و برای بارهای غیرحساس دسترس پذیری در حدود 95% تعریف می شود.

از جمله بارهای حساس میتوان به ایستگاه های تکرار کننده مخابراتی در نقاط دور از شبکه اصلی اشاره کرد. در شرایط اتصال سیستم های فتوولتاییک به شبکه اصلی نیز دسترس پذیری بالایی نیاز نیست. چرا که در صورت عدم تامین توان از طرف واحد فتوولتاییک شبکه اصلی قادر به تامین توان بارها خواهد بود.

مهمترین عامل در افزایش دسترس پذیری یک مجموعۀ فتوولتاییک، اندازه باتری مورد استفاده در سیستم فتوولتاییک است که اندازه این باتريها با توجه به دو عامل مقدار دسترس پذیری تعریف شده و محدودیت های اقتصادی مشخص می شود. در یک مجموعه فتوولتاییک شرایط آب و هوا، خطاهای سیستم، نگهداری سیستم و افزایش بار مورد تقاضا مهمترین عوامل کاهش دسترس پذیری هستند.

دسترس پذیری

افزایش دسترس پذیری ارتباط مستقیمی با هزینه های نصب یک مجموعه فتوولتاییک دارد. میزان دسترس پذیری مناسب یک مجموعۀ فتوولتاییک با توجه به دو عامل نیازمنديهای بار و محدودیت های هزینه تعیین می گردد. برای یک سیستم تأمین برق خانگی معمولاً بارها به صورت غیرحساس در نظر گرفته می شوند. برای حل معضل دسترسپذیري سیستم هاي فتوولتاییک یک راه حل استفاده از سیستم های ترکیبی است.

در سیستم های ترکیبی یک مجموعۀ فتوولتاییک در کنار یک منبع تغذیه دیگر که عموماً دیزل ژنراتوراست قرار می گیرد. این راه حل باعث می شود سیستم فتوولتاییک طراحی شده نیازی به دسترس پذیری بالا نداشته و لذا می توان از باتری کوچکتر استفاده کرد و یا از اضافه کردن تعداد بیشتر سلول فتوولتاییک خودداری کرد. البته در بسیاری از کاربردها استفاده تواًمان از واحد فتوولتاییک و ژنراتور امکان پذیر نیست. مثلا در کاربردهای واحدهای خورشیدی در نواحی دوردست نمی توان از هر منبعی استفاده کرد.

4. ملاحظات سیستم های فتوولتاییک مستقل از شبکه با توجه به کاربری شان
نیروگاه های خورشیدی فتوولتاییک مستقل از شبکه برای مقاصد مختلف بکار گرفته می شوند. در ادامه الزامات مربوط به کاربری سیستمهای فتوولتاییک مستقل از شبکه ارائه می گردد :

* سیستم روشنایی فتوولتاییکی

در طراحی سیستم روشنایی فتوولتائی باید موارد زیر در نظر گرفته شود:

• سیستم باید به صورت یک کامل به همراه همه سخت افزارها و سیم های لازم برای نصب ارائه شود.
• سیستم باید دارای نسبت آرایه به بار مناسب باشد (که این نسبت معمولا بین 1/3 تا 1/5 است) منظور این است که برای محاسبه ابعاد آرایه فتوولتاییک 30 الی 50 درصد به میزان بار اضافه گردد تا تاثیر عوامل کاهنده توان لحاظ شده باشد.
• همه اجزای سیستم فتوولتاییک باید تحمل دمایی در حدود 20 – تا 45 درجه سانتیگراد (محدوده دمایی محل نصب) را داشته باشند و همچنین، باید در برابر بادهاي محلی مقاومت کافی داشته باشند.
• سیستم باید قادر باشد که میزان انرژی طراحی شده برای بازه زمانی مشخص را بدون استفاده از وسایل کمکی انرژی تأمین کند و عمر باتری در شرایط معمولی حداقل سه سال باشد.
• بیشترین میزان دشارژ شدن نباید بیش از 50 درصد ظرفیت نامی باتری برای سرعت دشارژ شدن داده شده باشد. نقطه قطع ولتاژ پایین 14 کنترل کننده شارژ باتری باید مطابق با بیشترین میزان مجاز برای کاهش دشارژ باتری باشد.
• جبران دمای شارژ باتری باید به وسیله بخشی از کنترل کننده شارژ تأمین گردد و ضرایب جبران دما باید مشخص گردند.
• لامپ ها، بالاست ها و تجهیزات باید برای کار در محیط بیرون مناسب باشند، به خوبی توصیف شده باشند و دارای حداقل عمر سه سال باشند.
• تجهیزات روشنایی و لامپ ها باید دارای حداقل روشنایی 4/3056 لوکس برای زمینی به مساحت 400 فوت مربع باشند و حداقل روشنایی 8/6112 لوکس برای مساحت داده شده برای سیستم روشنایی تابلوها لازم است.

* سیستم فتوولتاییک برای نقاط دورافتاده

در طراحی سیستم فتوولتائیک برای نقاط دور افتاده لازم است نکات زیر درنظر گرفته شود:

• سیستم باید بتواند میزان انرژی طراحی شده برای حداقل زمان مشخص شده توسط تولیدکننده را بدون استفاده از انرژیهای کمکی تأمین کند. تطابق ها بر مبنای نقطه LVD در طول دمای زمستان با استفاده از باتری که حداقل عمر آن در شرایط معمولی سه سال است، می باشد.
• سیستم باید بتواند (برق AC)  220 ولت و Hz 50 تکفاز تولید کند.
• همچنین باید به طور کامل عرضه شود و همه سخت افزارهای موردنیاز را داشته باشد.
• و همینطور باید بتواند در دمای 20 – تا 45 درجه سانتیگراد (محدوده دمایی محل نصب) کار کند و در برابر بادهای محلی مقاوم باشد.
• باید بتواند جریان AC موردنیاز روزانه را تولید کند (کیلووات ساعت در روز) و همچنین بتواند بیشترین ظرفیت برق AC (وات اوج) در طول ماه های تابستان تولید کند.
• برای سیستمهای دارای باتری، باتری های flooded lead acid برای نصب در هیچ یک از موارد مسکونی یا کاری در منازل قابل استفاده نیستند.
• میزان خروجی AC آرایه های فتوولتاییک باید اندازه گیری شود.

* پایش سیستم های فتوولتاییک

پایش سیستم های فتوولتاییک مستقل از شبکه می تواند اطلاعات مفیدی در زمینه بهره برداری و اینکه چگونه عملکرد آنها بهبود یابد، در اختیار بهره بردار قرار دهد، ولی اگر داده ها به درستی گزارش نشوند، این تلاش ها بیهوده خواهد بود. برای مفید بودن این گزارش ها باید اطلاعات مرتبط و مفید بهره برداری به شکلی مناسب و قابل فهم گزارش شوند.

پارامترهای عملکردی مناسب باید انتخاب شوند و به روزسازی گزارشات نیز باید بطور منظم انجام گردد. در بعضی مواردلازم اطلاعات خاصی برای بهبود وضعیت پایش شوند و گزارش داده شوند. مثلاً پایش پروفیل شارژ و دشارژ باتری برای تعیین زمان تعویض آن انجام می شود. در استاندارد  61724 IEC شرایط پایش نیروگاه های خورشیدی فتوولتاییک آمده است.

تجهیزات موردنیاز برای احداث نیروگاه خورشیدی

1. آرایه فتوولتاییک.
2. سیستم های دنبال کننده تابش خورشید
3. اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت AC/DC
4. ذخیره ساز.
5. دنبال کننده حداکثر توان
6. سایر تجهیزات.

عوامل موثر در افزایش بازدهی و راندمان سیستم

1. طراحی و جانمایی مناسب نیروگاه
2. خرید و اجرای مناسب و مهندسی شده کلیه تجهیزات
3. انتخاب پانل، اینورتر، استراکچر و سیستم الکتریکال بهینه بر اساس طراحی نیروگاه

لذا این موارد نیازمند تیم فنی، مهندسی و اقتصادی ماهر و با تجربه است. مدیریت پروژه نصب و احداث نیروگاه خورشیدی توسط تیم شامل تجارب علمی و عملی مناسب تضمین محقق شدن شرایط بهینه این کسب و کار است.

اصول اولیه طراحی سیستم های فتوولتاییک

بطور کلی برای طراحی سیستم فتوولتاییک باید اصول اولیه زیر نظر گرفته شود:

• سیستم فتوولتاییکی که طراحی می شود باید انتظارات مصرف کنندگان را برآورده نماید. این انتظارات معمولاً شامل کاهش هزینه هاي ماهیانه برق، فواید زیست محیطی، ذخیره انرژی و غیره می شود. همچنین، ابعاد و جهت گیری آرایه های فتوولتاییک باید به گونه ای انتخاب و تنظیم شوند که بتوانند میزان انرژی موردنظر را تأمین کنند.
• لازم است اطمینان حاصل شود که پشت بام و یا دیگر مکانهای نصب تجهیزات فتوولتاییک، توانایی تحمل وزن پانل ها و تجهیزات مربوطه را دارد.
• برای تمام تجهیزات مورد استفاده در فضای باز، باید مواد مقاوم در برابر نور خورشید و هوا مورد استفاده قرار گیرد.
• پانل ها باید در مکانی نصب شوند که میزان سایه ایجادشده به وسیله تجهیزات مجاور، شاخ و برگ درختان، لوله ها و غیره به کمترین میزان خود برسد.
• سیستم باید به گونه ای طراحی شود که با مقررات ساختمان و تأسیسات الکتریکی آن مطابقت داشته باشد.
• سیستم باید به گونه ای طراحی شود که تلفات انرژی در سیم ها، فیوزها، سوئیچ ها و غیره به کمترین مقدار برسد.
• چنانچه باتری در سیستم مورد استفاده قرار می گیرد، باید باتری های مناسب در نظر گرفته شود.
• طراحی باید به گونه ای باشد که نیاز اتصالات بین شبکه محلی را برآورده نماید.

دقت در بکارگیری سیستم فتوولتاییک

علاوه بر اصول اولیه فوق، لازم است پیش از شروع طراحی سیستم فتوولتاییک، بررسی و مطالعه در زمینه محل بکارگیری سیستم فتوولتاییک انجام گردد. برای این منظور باید طراح خبره محل موردنظر را مورد بازدید قرار دهد و موارد زیر را بررسی و تعیین نماید:

1. ارزیابی ایمنی حرفه ای و سلامتی کار در حین کارکردن در محل موردنظر.
2. ارزیابی میزان دسترسی به نور خورشید در محل موردنظر.
3. تعیین زاویه تابش و جهت گیری محلی که آرایه های فتوولتاییک بر روی آن نصب می شوند.
4. بررسی فضای نصب آرایه ها و امکان نصب آرایه ها بر روی و تعیین کلیات نحوه نصب آرایه ها.
5. تعیین محل نصب مبدل.
6. تعیین نحوه سیم کشی.
7. بررسی لزوم نمایشگرهای کنترل کننده پانل و محل نصب آن.

در طراحی نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک مانند دیگر طراحی ها (طراحی نیروگاه های سنتی، پست و غیره) اصول کلی طراحی ثابت و فارغ از محل تاسیس نیروگاه، اقلیم، ارتفاع از سطح دریا و شرایط آب و هوایی و غیره می باشد. البته برخی از شرایط، بر روی خروجی واحد تاثیر می گذارند که مانند انواع دیگر طراحی ها، این شرایط جدید به صورت ضریب هایی تعریف شده و میزان خروجی را کم و یا زیاد می کنند.

روند کلی طراحی سیستم های فتوولتاییک

1. تعیین معیار اصلی طراحی
2. آماده سازی اطلاعات مورد نیاز با توجه به معیار و هدف طراحی
3. طراحی باتری (در صورت وجود)
4. تعیین ظرفیت و آرایش آرایه ها
5. تعیین ظرفیت مبدل
6. طراحی کنترل کننده شارژر (در صورت وجود)
7. تعیین سطح مقطع و نوع کابل های اتصالات با هدف کمینه کردن تلفات

در اینجا مشخصات فنی موردنیاز برای طراحی سیستمهای فتوولتاییک ارائه می گردد. مشخصات فنی شامل فهرست پارامترهای مشخصه ماژول های فتوولتاییک، دنبال کننده (ردیاب)های خورشیدي، مبدل ها، باتری ها و کنترل کننده های شارژ هستند:

1. ماژول فتوولتاییک

ماژول های فتوولتاییک به عنوان واحدهای سازنده آرایه های فتوولتاییک از سوی کارخانجات سازنده ارائه می شوند. بسته به جنس ماده و فن آوری بکار رفته در تولید ماژول ها، انواع مختلف این ماژول ها با مشخصات فنی مختلف عرضه می گردند. هر ماژول فتوولتاییک دارای تعدادی پارامتر مهم است که مشخصات فنی آنرا توصیف می کنند.با توجه به توان نامی هر ماژول و تکنولوژی ساخت آن، پارامترهای مشخصه آن در گستره وسیعی تغییر خواهند کرد.

معمولاً مشخصات فنی به ازای شرایط استاندارد ارائه می شود، این شرایط در آزمایشگاه اعمال شده و پارامترهای مشخصه بدست آمده است. معمولاً برای سیستم های فتوولتاییک شرایط استاندارد بصورت قدرت تابش برابر W/m2 1000 و دمای محیط برابر 25 درجه سانتیگراد تعریف می شود. در زمان طراحی با توجه به مشخصات محیطی محل نصب باید پارامترهای مشخصه برای محل موردنظر مطابقت داده شوند.

2. دنبال کننده های خورشیدی

دنبال کننده های خورشیدی به کمک سنسورهاي خورشیدی و سیستم کنترل، به صورت خودکار خورشید را ردیابی می نمایند. پارامترهای مهم توصیف کننده مشخصات فنی دنبال کننده های خورشیدی عبارتند از: نوع دنبال کننده از نظر محورها و جهت قرارگیری، توان ماژول، نوع و توان نامی موتور دنبال کننده خورشیدی، نوع کنترل دنبال کننده خورشیدی، محدوده ردیابی، حداکثر سرعت باد، ارتفاع پایه، زاویه ارتفاع، نوع سیستم حرکت افقی، نوع سیستم حرکت عمودی، نوع پایه، کنترل کننده و سنسورهای اندازه گیری.

3. مبدل

همانطور که اشاره شد، از اینورتر (یا مبدل) برای تبدیل جریان DC تولید شده توسط سیستم فتوولتاییک به جریان AC استفاده می شود.

4. باتری

5. کنترل کننده شارژ

نصب کنترل کننده شارژ در همه سیستم های منفصل از شبکه ضروری می باشد تا باتری را در برابر شارژ و دشارژ بیش ازحد محافظت نماید. کنترل کننده شارژ ولتاژ باتری را بررسی نموده و هرگاه ولتاژ باتری زیادتر از حد شود، جریان شارژ را متوقف می کند.

6. مشخصات اقلیمی

میزان دریافت انرژی خورشید در نقاط مختلف بر اساس تفاوت عرض جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا، پدیده های جوی و غیره متفاوت است، بنابراین، برای کسب اطلاعات مربوط به تابش، باید عرض و ارتفاع جغرافیایی آن مکان مشخص شود تا بتوان میانگین ماهیانه و سالانه تابش دریافتی از خورشید را در سطح افق و تمامی سطوح با جهت ها و شیب های مختلف، برای مکان موردنظر تعیین کرد.

کشور ایران در منطقه ای با میزان بالایی از جذب انرژی خورشیدی قرار گرفته است. در تعیین زاویه بهینه ماژول ها برای دریافت بیشترین انرژی خورشیدی، دانستن موقعیت خورشید در زمانهای مختلف روز می تواند مفید باشد. زاوبه تابش خورشید ساعت به ساعت تغییر کرده و موجب تغییر مقدار تابش بر روی یک منطقه می شود. برای اطمینان حاصل کردن از اینکه مقدار تابش خورشید بر روی ماژول ها دارای بیشترین مقدار است، نیاز به دانستن موقعیت لحظه به لحظه خورشید در آسمان است.

تولید انرژی خورشیدی در جهان

در حال حاضر کشورهای چین، آمریکا، ژاپن و آلمان بیشترین سهم استفاده از این نیروگاه را در جهان دارند. و توان برق تولیدی توسط انرژی خورشیدی با بهره گیری از ماژول های فتوولتائیک برای کل دنیا تا پایان سال 2015 حدود 235 گیگاوات می باشد. و با گذشت زمان بهره وری از این تکنولوژی افزایش خواهد یافت.

انرژی خورشیدی در ایران

در موقعیت کنونی اهمیت انرژی های تجدید پذیر و جایگزینی آنها با سوخت فسیلی بره خوبی احساس می شود. در این راستا و مطابق با برنامه ششم توسعه برای نصب 5000 مگاوات انرژی تجدید پذیر برنامه ریزی شده است. با توجه به مصوبه ابلاغی وزیر محترم نیرو، میزان خرید برق تولیدی از طریق نیروگاه خورشیدی برای مدت 20 سال و با در نظر گرفتن نرخ تعدیل و تغییرات تورم ارزی و ریالی، مطابق با جدول ذیل اعلام شده است.

ردیف	نوع	نیروگاه	نرخ پایه خرید تضمینی ریال بر کیلو وات ساعت
متصل به پست
1	مزرعه خورشیدی	بیش از 10 مگاوات تا 30 مگاوات	4000
2		بیش از 100 کیلو وات تا 10 مگاوات	4900
انشعاب مشترکین
3	خورشیدی	بیش از 20 تا 100 کیلو وات	7000
4		تا 20 کیلو وات	8000

موارد مورد بررسی در طرح 

1. طراحی و برآورد تجهیزات مورد نیاز برای نیروگاه فتوولتائیک
2. تخمین هزینه های آن
3. میانگین برق تولیدی در طول سال
4. شرایط آب و هوایی، اقلیمی و تابش
5. نوع تجهیزات و اتصالات
6. ملزومات احداث نیروگاه خورشیدی از جمله زمین موردنیاز
7. سایر مسائل مربوط به احداث

مکان احداث

یکی از مهمترین عوامل برای احداث نیروگاه انتخاب مکان مناسب با توجه به شرایط آب و هوایی است. بررسی شرایط آب و هوایی از جمله :

1. شدت تشعشع
2. ساعات آفتابی
3. دمای محیط
4. سرعت باد

بررسی تولید سالیانه نیروگاه خورشیدی برخی از شهرهای ایران

بررسی تابش ایران برای یک کیلو وات
ردیف	شهر	تابش کل	درصد بازدهی	تولید سالیانه یک کیلو وات
		مطلق تابش در یک سال	بر اساس شرایط اقلیمی	کیلو وات ساعت برکیلو وات
1	زاهدان	2457	77.7	1909.089
2	بروجن	2355	79.7	1876.935
3	شیراز	2393	78.1	1868.933
4	کرمان	2329	78.5	1828.265
5	اصفهان	2260	78.3	1769.58
6	یزد	2242	78.1	1751
7	سمنان	2187	79.7	1742
8	اراک	2186	79.1	1729.126
9	همدان	2156	80.02	1725.2312
10	ابهر	2139	80.02	1711.6278
11	زنجان	2109	80.8	1704.072
12	خرم آباد	2195	77.4	1698.93
13	قزوین	2138	79.1	1691.158
14	تهران	2110	79.3	1673.23
15	تبریز	2055	80.4	1652.22
16	قم	2082	78.3	1630.206
17	بجنورد	2025	79.2	1603.8
18	اهواز	2088	74.7	1559.736

برآورد هزینه یک سیستم فتوولتاییک نمونه

بر اساس پژوهش های انجام شده در دنیا، هزینه سرمایه گذاری ماژول های فتوولتاییک بسته به محل و نوع کاربری 5 تا 15 دلار بر وات پیک برآورد شده است. همچنین دوره عمر نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک در دنیا با توجه به کیفیت تعمیرات و نگهداری سالیانه، از 15 تا 30 سال متغیر بوده که امروزه با در نظر گرفتن دوره عمر متوسط 20 سال، هزینه تولید برق سیستم های فتوولتاییک در دنیا با توجه به محل کار و هزینه های تجهیزات جانبی متغیر می باشد.

هزینه انرژی تولیدشده با استفاده از سوخت های فسیلی

تولید الکتریسیته از انواع سوختهای فسیلی با هزینه هاي پنهان بسیار و درخور توجهی همراه می باشد. با لحاظ نمودن این هزینه ها در هزینه های واقعی تولید الکتریسیته، بسیاری از منابع انرژی تجدیدپذیر را در شرایط رقابتی با سوختهای فسیلی جهت تولید برق قرار می دهد و انتظار می رود که برخی از منابع انرژی تجدیدپذیر را از نظر اقتصادی توجیه پذیر نماید.

از جمله این هزینه های پنهان، یارانه های اعطایی به مصرف مستقیم و تولید برق از سوختهای فسیلی، هزینه های اجتماعی و نیز هزینه های مربوط به انواع آلودگی های زیست محیطی و کنترل این آلودگی ها با استفاده از تجهیزات نصب شده در هنگام تولید و حتی تجهیزاتی که این آلاینده ها را تبدیل به محصولات مفیدی می نمایند و غیره را می توان نام برد.

توجیه اقتصادی طرح

مطابق با موارد گفته شده بازگشت سرمایه در نیروگاه با وجود قرارداد خرید تضمینی 20 ساله قابل بررسی و با IRR تا 40% است.

مزیت اقتصادی نیروگاه خورشیدی در ایران

• قرارداد خرید تضمینی 20 ساله
• قیمت خرید بالاتر از اکثر کشورهای جهان
• در نظر گرفتن نرخ جریمه تاخیر در پرداخت
• نرخ تعدیل و تغییرات ریالی و ارزی در محاسبه و پرداخت

در این زمینه، نوع ورود به تاسیس نیروگاه موارد ذیل پیشنهاد می شود:

• سرمایه گذاری شخصی
• با تامین مالی
• در کنار مشارکت

تجهیزات احداث نیروگاه خورشیدی

ردیف	تجهیزات	20 کیلو وات	100 کیلو وات	1 مگاوات	2 مگاوات	4 مگاوات	10 مگاوات
1	پانل	80*250w	400*250w	3775*265w	7550*265w	15100*265w	32260*310w
2	اینورتر	1*20kw	2*50kw	12*80kw	2*12*80kw	4*12*80kw	10*12*80kw
3		—	—	2*500kw	4*500kw	8*500kw	10*1mw
4	استراکچر	ثابت و بر اساس چیدمان و زمین، تولید ایران
5	کابل DC و AC	محاسبه دقیق بعد از طراحی و مشخص نمودن آرایش سیستم
6	حداکثر زمین	400 مترمربع	2000 مترمربع	2 هکتار	4 هکتار	8 هکتار	20 هکتار