انرژی
کد مطلب: 79200
11:30
29 آبان 1397

کاربردهای سیستم‌ های تولید برق فتوولتائیک

پژوهشگر: مهندس محسن فرزان – کارشناس ارشد مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر

زیست آنلاین: سامانه‌های تولید برق فتوولتائیک ؛ علاوه بر کمک به رفع خاموشی تابستان‌ها به تامین برق مناطق دور افتاده کشور نیز می پردازند.

انرژی‌های تجدیدپذیر نقش مهمی در آینده جهان ایفا خواهند کرد. افزایش جمعیت،  بهبود رفاه زندگی، مصرف‌گرایی و صنعتی شدن کشورهای در حال توسعه باعث افزایش چشمگیر مصرف سوخت‌های فسیلی شده است. این افزایش مصرف سوخت‌های فسیلی نه تنها منجر به کاهش ذخایر آن‌ها شده است، بلکه تاثیر قابل توجهی بر محیط‌زیست داشته است که منجر به تهدید سلامت موجودات زنده و تغییرات اقلیمی شده است. امروزه جوامع توسعه یافته در حال حرکت به سمت دستیابی به روش‌های تولید پایدارتر، کاهش ضایعات، کاهش آلودگی هوا توسط وسایل نقلیه، تولید پراکنده انرژی، حفاظت از جنگل‌های بومی و کاهش گازهای گلخانه‌ای، می‌باشند. در این راستا، استفاده از منابع انرژی پاک جهت تامین انرژی مورد نیاز کشورها توسط توافقنامه‌های بین‌المللی همچون پروتکل کیوتو (Kyoto Protocol) و قرارداد پاریس (COP۲۱) مورد تاکید قرار گرفته است. 

سامانه‌های تولید برق فتوولتائیک

قرارداد پاریس در سال ۲۰۱۵

باتوجه به پتانسیل بالای انرژی‌ خورشیدی در کشور ایران در ادامه این بحث به کاربردهای انرژی خورشیدی در کشور پرداخته شده است. انرژی خورشیدی که به زمین می‌رسد را می‌توان به دو بخش انرژی نورانی و انرژی حرارتی تقسیم‌بندی کرد. انرژی نورانی خورشید را می‌توان توسط صفحات خورشیدی موسوم به پنل‌های فتوولتائیک به‌طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل کرد. از طرفی، انرژی حرارتی خورشید کاربردهای گوناگونی همچون آب گرم‌کن‌های خورشیدی جهت مصارف صنعتی و خانگی، خشک‌کن‌های خورشیدی، اجاق‌های خورشیدِی، آب شیرین‌کن‌های خورشیدی و نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی، دارد که در مقاله‌های آتی به آن پرداخته خواهد شد. در پژوهش حاضر به کاربردها و استفاده‌های سیستم‌های تولید برق فتوولتائیک پرداخته شده است. 

تولید برق فتوولتائیک

از زمانی که آلبرت انیشتین در سال ۱۹۲۱ بخاطر کشف پدیده فتووالکتریک جایزه نوبل را دریافت کرد تا به امروز توسعه زیادی در تبدیل فتون‌های خورشید به الکتریسیته صورت گرفته است. پنل‌های فتوولتائیک نور خورشید را به طور مستقیم به برق تبدیل می‌کنند؛ بدون انتشار آلاینده‌ها، سر و صدا و لرزش. نور خورشید رایگان است اما تبدیل آن به الکتریسیته هزینه بر است اما این هزینه با توسعه تکنولوژی و سرمایه‌گذاری‌های عظیم کشورها، به‌طور چشمگیری کاهش پیدا کرده است. نیروگاه‌های برق خورشیدی به دو دسته اصلی متصل به شبکه (On Grid) و منفصل از شبکه (Off grid) تقسیم می‌شوند.  

بیشتر بخوانید: معرفی انواع انرژی تجدیدپذیر

تولید برق فتوولتائیک

نیروگاه منفصل از شبکه و نیروگاه متصل به شبکه


نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک متصل به شبکه

در نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک متصل به شبکه، برق تولیدی به شبکه سراسری برق متصل می‌شود و طبق قرارداد خرید تضمینی برق به مدت ۲۰ سال توسط دولت خریداری می‌شود. این نیروگاه‌ها می‌توانند در پیک‌سایی تابستان، اشتغال‌زایی و توسعه مناطق محروم، کاهش آلاینده‌های زیست محیطی جهت تولید برق موثر باشند. 

نیروگاه‌های خورشیدی امیرکبیر و خلیج فارس همدان

کمک به رفع مشکل خاموشی در تابستان
در طی تابستان سال ۱۳۹۷ خبرهای فراوانی مبنی بر وقوع خاموشی در شهرهای کوچک بزرگ کشور و بخصوص در کلان شهر تهران منتشر می‎شد. این قطع مکرر برق در تابستان باعث اختلال در فعالیت‏های اقتصادی بخش‌های خصوصی و دولتی شد، که هزینه‏های اقتصادی و اجتماعی فروانی بر بخش‏های خصوصی و دولتی تحمیل کرد. از دلایل اصلی این قطع‏ مکرر برق می‎توان به افزایش تقاضای انرژی در پیک تابستان، کاهش عملکرد نیروگاه‎های سوخت فسیلی و برق‌آبی در پیک تابستان به دلیل افزایش دما و کاهش سطح آب‌ سدها، کاهش عملکرد نیروگاه‌های قدیمی و تلفات شبکه سراسری برشمرد. 
باتوجه به کوتاه بودن زمان احداث نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتایک و تطابق تولید نیروگاه‌های خورشیدی با زمان پیک روزانه تابستان، احداث نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک (مزرعه‌های خورشیدی و یا نیروگاه‌های کوچک مقیاس پشت‌بامی) می‌تواند در کنار راهکارهای کاهش مصرف برق، راه‌حلی قابل تامل جهت رفع مشکل خاموشی درتابستان پیش‌رو باشد. جدول زیر نشان می‌دهد در ساعت پیک تابستان (۱۵:۰۰ الی ۱۶:۰۰ روز دوشنبه ۱۱ تیرماه) زمانی که به علت گرمای هوا و کمبود آب نیروگاه‌های فسیلی دچارکاهش تولید می‌شوند، نیروگاه‌های خورشیدی با حداکثر تولید در مدار قرار دارند. همچنین زمان احداث نیروگاه‌های خورشیدی اندک است وباتوجه به زمان کوتاه باقی‌مانده تا تابستان پیش‌رو، می‌توان روی احداث نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک در مقیاس‌های کوچک و بزرک حساب ویژه باز کرد. 
بیشتر بخوانید: اشتغال‌ زایی ۴۲ هزار نفری تجدیدپذیر‌ها در کشور

ضریب تولید تعدادی از نیروگاه‌های خورشیدی کشور

اشتغال‌زایی و توسعه مناطق محروم

بر طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (IRENA)، صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر بیش از ۵۰۰.۰۰۰ شغل جدید در سال ۲۰۱۷ در جهان ایجاد کرد که این میزان نسبت به سال ۲۰۱۶، ۵.۶% رشد داشته است. باتوجه به این رشد، صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر به‌طور مجموع بیش از ۱۰ میلیون شغل ایجاد کرده است. نکته قابل تامل آن است که از این تعداد شغل ایجاد شده، حدود ۳.۴ میلیون شغل در صنعت انرژی خورشیدی فتوولتائیک بوده است. باتوجه به پتانسیل بالای انرژی خورشیدی در ایران، بکارگیری انرژی تجدیدپذیر و پاک خورشیدی می‌تواند سهم بسزایی در رفع معضل بیکاری جوانان کشور داشته باشد. 

اشتغال‌زایی در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر در جهان

اشتغال‌زایی در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر در جهان

باتوجه به پراکندگی انرژی‌های تجدیدپذیر در کشور ایران، با بکارگیری این دسته از منابع انرژی علاوه‌بر تولید انرژی مورد نیاز کشور به اشتغال‌زایی بخصوص در مناطق محروم و کم برخوردار می‌توان گامی مهم در راستای توسعه پایدار کشور برداشت. تعداد زیادی از نیروگاه‌های خورشیدی در مناطق دور افتاده و روستاها احداث شده‌اند که باعث ایجاد اشتغال برای افراد بومی منطقه شده است. در سال‌های اخیر طرح احداث نیروگاه‌های خورشیدی برای مددجویان کمیته امداد علاوه بر تولید برق، درآمد ماهیانه برای بخشی از قشر محروم کشور به همراه داشته است.  در حال حاضر بر اساس آمار ارائه شده توسط سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق (ساتبا)، ۴۲۷۰۰ شغل (مستقیم و غیر مستقیم) توسط صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر ایجاد شده است. 

اشتغال کارگران بومی در نیروگاه‌های خورشیدی با گذراندن دوره‌های آموزش کوتاه مدت

اشتغال کارگران بومی در نیروگاه‌های خورشیدی با گذراندن دوره‌های آموزش کوتاه مدت

کاهش انتشار آلاینده‌های زیست محیطی

طبق آمار منتشر شده در تیرماه ۱۳۹۷ توسط British Petroleum، سهم ایران در انتشار گاز دی‌اکسید کربن در سال ۲۰۱۷، نزدیک به ۲% بوده است (رتبه هشتم در جهان). این آمار نشان می‌دهد که انتشار این گاز در کشور ایران در حال افزایش است به‌طوریکه از سال ۲۰۰۶ تا ۲۰۱۶، حدود ۲.۷% افزایش داشته است. حال آنکه ایران تحت فشار جوامع جهت کاهش انتشار آلاینده‌های زیست محیطی است. .  طبق نمودار جریان انتشار گازهای گلخانه‌ای در سال ۱۳۹۴، نزدیک به ۳۰% دی‌اکسید کربن تولید شده ناشی از بخش‌های انرژی کشور از بخش نیروگاه‌های برق است. 

انتشار گاز گلخانه ای

نمودار جریان انتشار گازهای‌ گلخانه‌ای ناشی از بخش انرژی کشور در سال ۱۳۹۴


بر اساس مطالعه ارزیابی میزان انتشار انواع آلاینده‌های زیست محیطی در چرخه عمر پنل‌های فتوولتائیک که در سال ۲۰۰۸ در ژورنال Environmental science & technology منتشر شد، نشان داده شد که می‌توان با جایگزینی پنل‌های خورشیدی از انتشار حداقل ۸۹% آلاینده‌های مرتبط با تولید برق در مقایسه با نیروگاه‌های برق ذغال سنگ جلوگیری کرد. 
 

آسمان آبی و زمین پاک با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر

آسمان آبی و زمین پاک با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر

درکنار نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتایک مقیاس بزرگ (مزرعه‌های خورشیدی)، نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه خانگی که عموما با مقایس‌های کوچک بر روی سقف منازل نصب می‌شوند از دو طریق منجر به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شوند. اول آنکه این نیروگاه‌های تولید برق پاک می‌کنند و درنتیجه نیاز به تولید برق فسیلی را کاهش می‌دهند. نیروگاه‌های برق با سوخت گاز به‌طور متوسط ۰.۶۲ تن معادل دی اکسید کربن به ازای هر مگاوات ساعت تولید انرژی آلاینده منتشر می‌کنند. بنابراین اگر فرض شود که نیروگاه‌های فسیلی کشور از سوخت گاز کهئ نسیت به سوخت‌های دیگر پاک‌تر است، استفاده می‌کنند، با تولید هرمگاوات ساعت برق خورشیدی می‌توان از انتشار ۶۲۰ کیلوگرم معادل دی‌اکسید کربن توسط نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه پشت‌بامی، جلوگیری کرد. 
راه دوم کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای آن است که برق تولید شده در محل تولید مصرف می‌شود و نیازی به کیلومترها انتقال برق از نیروگاه‌های بزرگ وجود ندارد. طبق آخرین آمار توانیر، میزان تلفات برق شبکه سراسری کشور حدود ۱۰.۶% است، که به ازای هر درصد تلفات در شبکه ۱.۸ میلیون تن معادل دی اکسید کربن آلاینده زیست محیطی در طول سال منتشر می‌شود. 
براساس آمار منتشر شده در وبسایت سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق (ساتبا)، تنها در مهر ماه سال جاری تولید برق تجدیدپذیر از انتشار ۶۲ هزار تن گاز دی اکسید کربن جلوگیری کرده است. در همین ماه، با تولید برق تجدیدپذیر از مصرف ۲۵ میلون مترمکعب معادل گاز طبیعی جلوگیری به عمل آورده است. 

آمار مرتبط با تولید برق تجدیدپذیر در مهرماه 1397

آمار مرتبط با تولید برق تجدیدپذیر در مهرماه ۱۳۹۷

سیستم‌های خورشیدی منفصل از شبکه

کاربرد دیگر پنل‌های خورشیدی تولید برق منفصل از شبکه است. برق تولیدی این سیستم‌های بیشتر در باتری‌های قابل شارژ خورشیدی جهت افزایش قابلیت اطمینان ، ذخیره می‌شود. تولید برق منفصل از شبکه می‌تواند کاربردهای فراوانی داشته باشد. 

تامین برق مناطق دور افتاده

با توجه به پتانسیل بالای انرژی خورشیدی در ایران، نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک جهت تامین برق مورد نیاز مناطق دور افتاده که امکان انتقال شبکه برق غیرممکن است و یا به‌صرفه نمی‌باشد، جذابیت فراوانی دارند. اغلب از سیستم ذخیره‌سازی باتری و یا سیستم پشتیبان دیزل ژنراتور جهت تامین برق در شب و یا روزهای ابری در کنار سیستم برق خورشیدی استفاده می‌شود. در برخی نقاط شمال کشور که پتانسیل انرژی خورشیدی کمتر است، می‌توان از توربین‌های بادی کوچک به صورت هیبرید با سیستم خورشیدی استفاده کرد. 

سیستم تولید برق خورشیدی در یک منطقه روستایی دور افتاده

سیستم تولید برق خورشیدی در یک منطقه روستایی دور افتاده

تامین برق سامانه‌های ارتباطی

تامین برق سیستم ارتباطی ماهوراه‌ها جزء اولین کاربردهای پنل‌های خورشیدی بوده است که تا به امروز ادامه داشته است. تقویت سیگنال‌های شبکه ارتباطی جز ضرورت‌های سامانه‌های ارتیاطی است. اغلب  سایت‌های بی تی اس (BTS)  در نقاط دور افتاده و بادسترسی سخت قرار دارند. برق این سایت‌ها با دیزل ژنراتورها تامین می‌شود که تامین سوخت این دیزل‌ها می‌تواند دشوار و هزینه‌بر باشد. سیستم‌های برق خورشیدی منفصل از شبکه با ذخیره‌سازی باتری می‌توانند جایگزین قابل اطمینانی برای این سایت‌ها باشد. 

تامین برق مورد نیاز سیستم‌های مخابراتی با سامانه‌های منفصل از شبکه خورشیدی

تامین برق مورد نیاز سیستم‌های مخابراتی با سامانه‌های منفصل از شبکه خورشیدی

سیستم‌های روشنایی 

با توسعه تکنولوژی لامپ‌های ال ای دی که مصرف برق کمی دارند، سیستم‌های برق خورشیدی می‌توانند جهت تامین برق مورد نیاز روشنایی در مناطق دور افتاده و یا سیستم‌های روشنایی قابل حمل با لامپ‌های ال ای دی، بکارگرفته شوند. همچنین سیستم‌های فتوولتائیک با ذخیره‌سازی باتری می‌توانند جهت تامین الکتریسیته مورد نیاز روشنایی بیلبوردها ، چراغ‌های راهنمایی و رانندگی، پارک و ایستگاه‌های شهری و  بین شهری مورد استفاده قرار گیرند.  

بیشتر بخوانید: جایگاه دانشگاهی انرژی های تجدید پذیر در کشور

تامین برق سیستم روشنایی بیلبورد شهری با استفاده از انرژی خورشیدی

تامین برق سیستم روشنایی بیلبورد شهری با استفاده از انرژی خورشیدی

پدافند غیرعامل

کشور ایران، دارای مناطق زلزله‌خیز فراوانی است. برقراری ارتباط بین دستگاه‌های امدادرسان و امنیتی واقع در محل وقوع حادثه با مسئولین عالی‌رتبه استانی و کشوری ضروری است. این درحالی است اغلب بعد از وقوع زلزله، شبکه برق منطقه دچار اخلال می‌شود.  سیستم های برق خورشیدی فتوولتائیک همراه با ذخیره‌سازی باتری می‌تواند در بسیاری از نقاط کشور راهگشای شرایط بحران باشد. این سامانه‌ها می‌توانند به برقراری ارتباط تلفنی، تامین روشنایی و غذا در این شرایط کمک کند. 
سیستم های منفصل از شبکه خورشیدی می‌توانند در زمان وقوع دیگر بلاهای طبیعی همچون سیل و یا زمان وقوع جنگ به کنترل فرماندهی منطقه کمک فراوانی نماید. این سامانه‌های می‌توانند به صورت پکیج‌های قابل حمل در اختیار ارگان‌های مسئول قرار گیرد. 

استفاده از پکیج منفصل از شبکه در زمان وقوع بلایای طبیعی و غیرطبیعی

استفاده از پکیج منفصل از شبکه در زمان وقوع بلایای طبیعی و غیرطبیعی

پمپ‌های آب

سیستم‌های برق فتوولتائیک می‌توانند جزء کاندیدهای اصلی جهت تامین برق پمپ‌های کشاورزی باشند. پمپ‌های خورشیدی می‌توانند آب را در طول روز از چاه آب استخراج نموده و در مخزن یا حوض آب ذخیره نماید تا در زمان دلخواه توسط شبکه آبرسانی به درختان و گیاهان رسانده شود.  

پمپ های آب

از دیگر کاربردهای سیستم‌های برق خورشیدی می‌توان تولید برق جهت شارژ پاوربانک، تجهیزات الکتریکی مثل ساعت‌ و ماشین حساب و در مقیاس‌های بزرگتر شارژ یاتری وسایل نقلیه خورشیدی اشاره کرد. همچنین در سال‌های اخیر یخچال‌های خورشیدی قابل حمل جهت جابه‌جا کردن دارو رایج شده‌ است.  

گستردگی انرژی خورشیدی

باتوجه به گستردگی انرژی خورشیدی در کشور ایران، فرصت اشتغال جوانان بسیاری در این حوزه وجود دارد که با حمایت دولت و مراکز علمی می‌توان این پتانسیل بالقوه را به پتانسیل بالفعل تبدیل کرد.

 

مراجع:

[۱–۳]

[۴–۶]

 

[۱]      Ferroukhi R, Lucas H, Renner M, Lehr U, Breitschopf B, Lallement D, et al. Renewable Energy and Jobs ۲۰۱۳:۱–۱۴۴. doi:۱۰.۱۱۵۸/۱۰۷۸-۰۴۳۲.CCR-۱۶-۲۵۸۶.

[۲]      Panwar NL, Kaushik SC, Kothari S. Role of renewable energy sources in environmental protection: A review. Renew Sustain Energy Rev ۲۰۱۱;۱۵:۱۵۱۳–۲۴. doi:۱۰.۱۰۱۶/j.rser.۲۰۱۰.۱۱.۰۳۷.

[۳]      Burtt D, Dargusch P. The cost-effectiveness of household photovoltaic systems in reducing greenhouse gas emissions in Australia: Linking subsidies with emission reductions. Appl Energy ۲۰۱۵;۱۴۸:۴۳۹–۴۸. doi:۱۰.۱۰۱۶/j.apenergy.۲۰۱۵.۰۳.۰۹۱.

[۴]      Tavanir www.tavanir.org.ir.

[۵]      Carbon dioxide emissions. BP Stat Rev World Energy ۲۰۱۸.

[۶]      Renewable Energy and Energy Efficiency Organization (SATBA) www.satba.gov.ir.

 

همرسانی
لینک کوتاه:



برچسب ها

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.