بایگانی برچسب برای: احداث نیروگاه خورشیدی

سیستم ارتینگ و روش‌های اجرای سیستم مقاومت زمین جهت حفاظت الکتریکی از تجهیزات نیروگاهی (با تمرکز بر نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک)

 

سیستم ارتینگ در نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک به منظور بهره‌وری بیشتر از پتانسیل انرژی خورشیدی و افزایش عمر مفید تجهیزات نیروگاه خورشیدی استفاده می‌شود. این سیستم معمولاً شامل یک سری عملیات و تجهیزات می‌شود که به صورت هوشمندانه و با استفاده از داده‌های محیطی و تجهیزات نیروگاه، کنترل و مدیریت می‌شوند. در زیر چند مرحله اصلی برای اجرای سیستم ارتینگ در نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک آورده شده است:

 

1. سنجش داده‌ها و شناسایی نیازها:

   – نصب سنسورها و دستگاه‌های اندازه‌گیری در نقاط مختلف نیروگاه خورشیدی برای جمع‌آوری داده‌های مرتبط با شدت نور، دما، سرعت باد و سایر پارامترهای محیطی.

   – استفاده از سامانه‌های نرم‌افزاری برای تحلیل دقیق این داده‌ها و شناسایی نیازها و شرایط بهینه.

در این مرحله، سنسورها و دستگاه‌های اندازه‌گیری در نیروگاه خورشیدی فتوواتائیک نصب می‌شوند تا داده‌های محیطی مرتبط با عملکرد تجهیزات و شرایط زیست‌محیطی جمع‌آوری شود. این داده‌ها ممکن است شامل موارد زیر باشد:

 

1-1. شدت نور:

   – سنسورهای تشخیص نور جهت اندازه‌گیری شدت نور خورشید در موقعیت‌های مختلف نیروگاه خورشیدی نصب می‌شوند.

 

2-1. دما:

   – سنسورها برای اندازه‌گیری دما در نقاط مختلف نیروگاه خورشیدی نصب می‌شوند تا تأثیر حرارت بر عملکرد تجهیزات را نظارت کنند.

 

3-1. سرعت باد:

   – دستگاه‌های اندازه‌گیری سرعت باد جهت ارزیابی تأثیر باد بر روی پنل‌های خورشیدی و سایر تجهیزات نیروگاه خورشیدی استفاده می‌شوند.

 

4-1. فشار جو:

   – اندازه‌گیری فشار جو برای مشخص کردن تأثیر ارتفاع از سطح دریا نیروگاه خورشیدی بر عملکرد تجهیزات از اهمیت بالایی برخوردار است.

 

5-1. رطوبت:

   – سنسورهای رطوبت جهت نظارت بر رطوبت محیط و تأثیر آن بر کارایی تجهیزات نیروگاه خورشیدی به کار گرفته میشوند.

 

6-1. داده‌های الکتریکی:

   – اندازه‌گیری و نظارت بر ولتاژ، جریان و توان تولیدی توسط پنل‌های خورشیدی جز داده های اساسی نظارت برعملکرد نیروگاه خورشیدی میباشد.

 

پس از جمع‌آوری این داده‌ها، سیستم‌های نرم‌افزاری مخصوص برای تحلیل این اطلاعات و شناسایی نیازها به کار می‌روند. با تحلیل این داده‌ها، برای سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی می‌توانیم تصمیمات هوشمندانه‌ای اتخاذ کنیم و تنظیمات نیروگاه را بهینه‌سازی کنیم تا عملکرد بهتری داشته باشد.

2. کنترل تجهیزات:

   – نصب سیستم‌های خودکار و هوشمند کنترلی بر روی تجهیزات نیروگاه خورشیدی برای تنظیم بهینه عملکرد آنها.

   – اجرای الگوریتم‌های هوشمند برای بهینه‌سازی جریان انرژی در تجهیزات مختلف نیروگاه خورشیدی.

در مرحله کنترل تجهیزات در نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک، از سیستم‌های هوشمند و نرم‌افزارهای پیشرفته برای مدیریت بهینه تجهیزات استفاده می‌شود. این فرآیند شامل چند جنبه اصلی است:

 

1-2. نصب سیستم‌های کنترلی:

   – انجام نصب دستگاه‌ها و سنسورهای هوشمند بر روی تجهیزات نیروگاه خورشیدی به منظور اندازه‌گیری و کنترل عملکرد آنها.

   – نصب سیستم‌های کنترلی مبتنی بر میکروکنترلرها یا PLC  (کنترلر منطقه‌ای برنامه‌پذیر) جهت اتصال و کنترل تجهیزات نیروگاه خورشیدی.

 

2-2. تنظیمات بهینه:

   – استفاده از الگوریتم‌ها و مدل‌های هوش مصنوعی برای تحلیل داده‌های جمع‌آوری شده و اعمال تنظیمات بهینه بر روی تجهیزات نیروگاه خورشیدی.

   – تنظیمات بهینه شامل تغییر زوایای پنل‌های خورشیدی، جریان الکتریکی تولیدی، و سایر پارامترهای مرتبط با تجهیزات نیروگاه خورشیدی است.

 

3-2. سیستم‌های خودکار:

   – پیاده‌سازی سیستم‌های خودکار برای اجرای تصمیمات اتوماتیک در مورد کنترل تجهیزات نیروگاه خورشیدی.

   – این سیستم‌ها می‌توانند به صورت خودکار به تغییرات در شرایط محیطی و داده‌های جمع‌آوری شده واکنش نشان دهند.

 

4-2. مدیریت انرژی:

   – بهینه‌سازی مصرف انرژی توسط تجهیزات نیروگاه خورشیدی با استفاده از سیستم‌های مدیریت انرژی.

   – کنترل تولید انرژی و مصرف آن بر اساس نیازهای نیروگاه خورشیدی و شرایط محیطی.

 

5-2. ردیابی و نظارت:

   – پیاده‌سازی سیستم‌های ردیابی و نظارت برای پیگیری دقیق تر حرکت خورشید و تنظیم زاویه پنل‌های خورشیدی.

   – نظارت به صورت زنده بر عملکرد تجهیزات و ارتباط با سیستم مرکزی جهت اطلاع‌رسانی و مدیریت بهینه نیروگاه خورشیدی.

 

با این رویکرد، کنترل تجهیزات در نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک به صورت هوشمندانه و خودکار صورت می‌گیرد، که منجر به افزایش بهره‌وری و بهینه‌تر شدن عملکرد نیروگاه می‌شود.

با اجرای این مراحل و استفاده از تکنولوژی‌های هوشمند، نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک می‌تواند به بهترین شکل ممکن از انرژی خورشید بهره‌مند شود و عمرمفید تجهیزات را افزایش دهد.

 

3. انواع روش‌های اجرای سیستم مقاومت زمین جهت حفاظت الکتریکی از تجهیزات نیروگاهی:

 

1-3. مقاومت زمین سیستمی (System Grounding):

   – در این روش، یکی از نقاط تجهیزات به عنوان نقطه مشترک زمین برای کل سیستم انتخاب می‌شود.

   – مزایا: سادگی و انطباق با استانداردهای ملی.

   – معایب: احتمال اختلال در نقطه زمین وابسته به مواقع مختلف نیروگاه.

مقاومت زمین سیستمی یکی از روش‌های حفاظت الکتریکی است که در آن یک نقطه مشترک برای زمین‌کردن کل سیستم الکتریکی یک نیروگاه یا سیستم تولید انرژی استفاده می‌شود. در این روش، نقطه زمین به عنوان نقطه مشترکی برای اتصال به زمین انتخاب می‌شود تا از جریان‌های ناخواسته جلوگیری کرده و ایمنی تجهیزات و افراد را تضمین کند. مهمترین ویژگی‌های مقاومت زمین سیستمی به خصوص در نیروگاه خورشیدی عبارتند از:

1-3-1. نقطه مشترک زمین:

   – یک نقطه مشترک به عنوان نقطه زمین برای کل سیستم الکتریکی انتخاب می‌شود. این نقطه معمولاً به عنوان “نقطه نیازمندی” نیز شناخته می‌شود.

 

1-3-2. کاهش ولتاژ به زمین:

   – هدف اصلی از استفاده از مقاومت زمین سیستمی، کاهش ولتاژ‌های ناخواسته به زمین است تا از خطرات احتمالی در نیروگاه خورشیدی جلوگیری شود.

 

1-3-3. حفاظت از تجهیزات:

   – مقاومت زمین به عنوان یک مسیر سهل‌العبور برای جریان‌های ناخواسته عمل می‌کند و در نتیجه، تجهیزات و دستگاه‌های نیروگاه خورشیدی را از خطرات احتمالی مرتبط با افزایش ولتاژ حفاظت می‌کند.

 

1-3-4. کنترل جریان زمین:

   – مقاومت زمین سیستمی با کنترل جریان زمین مواجه شده و از افزایش ناگهانی جریان‌ها در نیروگاه خورشیدی جلوگیری می‌کند.

 

1-3-5. تنظیم ولتاژ:

   – از طریق تنظیم ولتاژها و جلوگیری از افزایش ناگهانی آنها، ایمنی سیستم در نیروگاه خورشیدی تامین می‌شود.

 

1-3-6. تأثیر بر مدل توزیع:

   – استفاده از مقاومت زمین سیستمی ممکن است تأثیراتی بر مدل توزیع جریان و ولتاژ در سیستم نیروگاه خورشیدی داشته باشد و این تأثیرات می‌تواند بر ایمنی و بهره‌وری نیروگاه تأثیر بگذارد.

مقاومت زمین سیستمی به عنوان یکی از روش‌های اصلی حفاظت الکتریکی در نیروگاه‌ها و سیستم‌های تولید انرژی استفاده می‌شود و با توجه به ویژگی‌های خود، می‌تواند به بهبود ایمنی و کارایی سیستم الکتریکی کمک کند.

2-3. مقاومت زمین مکانیکی (Physical Grounding):

   – در این حالت، از سیستم مقاومت زمین برای تجهیزات خاصی استفاده می‌شود و هر تجهیز به طور جداگانه زمین می‌شود.

   – مزایا: کنترل بهتر اختلالات مختلف.

   – معایب: پیچیدگی نصب و نگهداری.

مقاومت زمین مکانیکی یکی دیگر از روش‌های حفاظت الکتریکی است که در آن مقاومت زمین بر اساس مکانیک ساختار و تجهیزات انجام می‌شود. این روش به منظور کنترل و مدیریت جریان‌های ناخواسته و حفاظت از تجهیزات و افراد در مقابل خطرات الکتریکی به کار می‌رود. ویژگی‌ها و جزئیات مربوط به مقاومت زمین مکانیکی عبارتند از:

 

2-3-1. ساختار مکانیکی:

   – در این روش، از ساختارهای مکانیکی یا اجزای سازه برای ایجاد مسیرهای زمین‌کردن استفاده می‌شود. این ممکن است شامل فولادهای مقاوم در برابر خوردگی یا دیگر مواد سازه‌ای باشد.

 

2-3-2. زمین‌کردن اجزای ساختار:

   – اجزای ساختاری که به عنوان اجزای غیر الکتریکی در سیستم وجود دارند، به منظور زمین‌کردن استفاده می‌شوند. این اجزا می‌توانند پایه‌ها، ستون‌ها، پایه‌های مستقیم، یا سایر عناصر سازه باشند.

 

2-3-3. استفاده از مصالح مخصوص:

   – مقاومت زمین مکانیکی ممکن است با استفاده از مصالح خاصی که خاصیت زمین‌کردن مناسبی دارند، ایجاد شود. این مصالح می‌توانند شامل آهن‌آلات، فولادهای ضدخوردگی و یا سایر مواد مشابه باشند.

 

2-3-4. کاهش مقاومت:

   – هدف اصلی از استفاده از مقاومت زمین مکانیکی، کاهش مقاومت مسیرهای زمین‌کردن است تا جریان‌های الکتریکی به سرعت به زمین تخلیه شوند و از افزایش ولتاژهای خطرناک جلوگیری شود.

 

2-3-5. پیچیدگی کمتر نسبت به روش‌های دیگر:

   – نسبت به برخی روش‌های دیگر مانند مقاومت زمین سیستمی، اجرای مقاومت زمین مکانیکی ممکن است به لحاظ فنی و عملی کمی پیچیده‌تر باشد.

 

2-3-6. کنترل جریانهای ناخواسته:

   – با استفاده از ساختارهای مکانیکی به عنوان مسیر زمین، می‌توان جریان‌های الکتریکی ناخواسته را کنترل کرد و از تجهیزات و افراد را در مقابل این جریان‌ها حفاظت کرد.

 

هر یک از روش‌های حفاظت الکتریکی از جمله مقاومت زمین مکانیکی بسته به نیازها و شرایط خاص سیستم الکتریکی انتخاب می‌شود و همگی به بهبود ایمنی و عملکرد سیستم کمک می‌کنند.

 

3-3. مقاومت زمین تجهیزات (Equipment Grounding):

   – در این روش، هر تجهیز به یک نقطه زمین مستقل متصل می‌شود.

   – مزایا: جداگانه‌سازی اختلالات و جلوگیری از انتقال جریانهای ناخواسته.

   – معایب: زمین‌های متعدد ممکن است موجب ایجاد اختلال شوند.

 

مقاومت زمین تجهیزات یکی از روش‌های حفاظت الکتریکی است که برای محافظت از تجهیزات الکتریکی در برابر خطرات الکتریکی مورد استفاده در نیروگاه خورشیدی قرار می‌گیرد. در این روش، هر تجهیز به یک نقطه زمین خاص متصل می‌شود تا در صورت وقوع اختلال یا خطای الکتریکی، جریان الکتریکی به سمت زمین تخلیه شود و از ایجاد خسارت به تجهیزات و افراد جلوگیری شود. ویژگی‌ها و جزئیات مربوط به مقاومت زمین تجهیزات عبارتند از:

 

3-3-1. زمین‌کردن تجهیزات:

   – هر تجهیز الکتریکی، از جمله دستگاه‌ها، دستورالعمل‌ها، و ابزارها، به یک نقطه زمین خاص متصل می‌شود. این نقطه زمین به عنوان مسیر بازگشت جریان الکتریکی ناخواسته به زمین عمل می‌کند.

 

3-3-2. کاهش ولتاژ:

   – استفاده از مقاومت زمین تجهیزات به منظور کاهش ولتاژهای ناخواسته و جلوگیری از افزایش ناگهانی آنها موثر است.

 

3-3-3. جلوگیری از جریانهای خطرناک:

   – هدف اصلی این روش، جلوگیری از ایجاد جریانهای خطرناک از تجهیزات به سمت افراد یا دیگر تجهیزات است.

 

3-3-4. افزایش ایمنی:

   – با زمین‌کردن تجهیزات، ایمنی افراد کارکننده با تجهیزات و دستگاه‌ها افزایش می‌یابد، زیرا جریان‌های الکتریکی به سمت زمین تخلیه می‌شوند و از تماس مستقیم با افراد جلوگیری می‌کنند.

 

3-3-5. پیشگیری از خسارات مالی:

   – استفاده از این روش می‌تواند از خسارات مالی ناشی از خرابی تجهیزات در اثر جریان‌های الکتریکی ناخواسته جلوگیری کند.

 

3-3-6. مطابقت با استانداردها:

   – استفاده از مقاومت زمین تجهیزات باعث مطابقت با استانداردها و مقررات ایمنی الکتریکی مربوطه می‌شود.

 

3-3-7. نظارت و بازرسی:

   – سیستم‌ها و تجهیزات باید به طور دوره‌ای تحت بازرسی و نظارت قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که مقاومت زمین تجهیزات همواره به درستی عمل می‌کند.

 

مقاومت زمین تجهیزات به عنوان یکی از روش‌های حفاظت الکتریکی به خصوص در سیستم‌ها و محیط‌های صنعتی و نیروگاهی به ویژه نیروگاه خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد و با توجه به خصوصیات آن، به ارتقاء ایمنی و بهره‌وری تجهیزات کمک می‌کند.

4-3. مقاومت زمین دقیق (Precision Grounding):

   – این روش از مقاومت زمین با دقت بالا برخوردار است که جهت کاهش نویزهای الکتریکی و جریان‌های پارازیتی از آن استفاده می‌شود.

   – مزایا: حداقل کردن نویزهای الکتریکی.

   – معایب: نیاز به نگهداری دقیق و هزینه‌بر بودن.

مقاومت زمین دقیق یک روش پیشرفته در حوزه حفاظت الکتریکی است که برای بهبود دقت و کارایی در زمین‌کردن سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، مقاومت زمین با دقت بسیار بالا و با کنترل دقیق بر ارزش مقاومت تنظیم می‌شود. ویژگی‌ها و جزئیات مربوط به مقاومت زمین دقیق عبارتند از:

 

4-3-1. دقت بالا:

   – یکی از ویژگی‌های بارز مقاومت زمین دقیق، دقت بالا در تنظیم مقاومت آن است. این روش برای حصول بهینه‌ترین نتایج در کنترل جریان‌های زمین استفاده می‌شود.

 

4-3-2. استفاده از مواد با کیفیت:

   – مقاومت زمین دقیق از مواد با کیفیت بالا و خصوصیات الکتریکی خوب ساخته می‌شود. این مواد ممکن است شامل آلیاژهای خاص یا فولادهای ویژه باشد.

 

4-3-3. تنظیم الکترونیکی:

   – برخی از سیستم‌های مقاومت زمین دقیق دارای امکانات تنظیم الکترونیکی هستند که به کنترل دقیق و تنظیم مقاومت کمک می‌کنند.

 

4-3-4. مدیریت هوشمند:

   – سیستم‌های مقاومت زمین دقیق معمولاً دارای مدیریت هوشمند هستند که با استفاده از الگوریتم‌ها و سنسورهای مختلف، بهینه‌سازی جریان‌های زمین را انجام می‌دهند.

 

4-3-5. کاهش نویزهای الکتریکی:

   – استفاده از مقاومت زمین دقیق به منظور کاهش نویزهای الکتریکی و افزایش پایداری سیستم‌های الکتریکی موثر است.

 

4-3-6. تنظیم ولتاژ:

   – این روش می‌تواند به طور دقیق ولتاژها را تنظیم کرده و از افزایش ناگهانی آنها جلوگیری نماید.

 

4-3-7. کاربردهای حساس:

   – مقاومت زمین دقیق معمولاً در سیستم‌های الکتریکی حساس به ولتاژها و جریان‌های ناخواسته، مانند سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته و تجهیزات پزشکی، به کار می‌رود.

 

4-3-8. تطبیق با شرایط محیطی:

   – این سیستم‌ها به خوبی با شرایط محیطی مختلف تطبیق می‌شوند و می‌توانند در شرایط مختلف دما، رطوبت، و فشار به صورت موثر عمل کنند.

 

مقاومت زمین دقیق به عنوان یک روش پیشرفته حفاظت الکتریکی به خصوص در سیستم‌های الکتریکی حساس و نیازمند دقت بالا به کار می‌رود و به ارتقاء ایمنی و عملکرد این سیستم‌ها کمک می‌کند.

5-3. مقاومت زمین فعال (Active Grounding):

   – در این حالت از تجهیزات فعال به منظور ترتیب و تنظیم مقاومت زمین استفاده می‌شود.

   – مزایا: امکان کنترل دقیق‌تر مقاومت زمین و جلوگیری از افزایش غیرهمسانی ولتاژ.

   – معایب: پیچیدگی و هزینه بالا.

مقاومت زمین فعال یک روش پیشرفته در حوزه حفاظت الکتریکی است که برای بهبود دقت و کارایی در زمین‌کردن سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، علاوه بر استفاده از یک نقطه زمین، تجهیزات الکترونیکی فعال (مانند آمپلیفایرها یا تقویت‌کننده‌ها) نیز به کار گرفته می‌شوند تا به نحوی مداخله کنند که مقاومت زمین به صورت فعال تنظیم و کنترل شود. ویژگی‌ها و جزئیات مربوط به مقاومت زمین فعال عبارتند از:

 

5-3-1. استفاده از تجهیزات فعال:

   – این روش از تجهیزات الکترونیکی فعال به عنوان بخشی از سیستم زمین‌کردن استفاده می‌کند. این تجهیزات معمولاً به عنوان تقویت‌کننده‌های جریان یا ولتاژ عمل می‌کنند.

 

5-3-2. کنترل دقیق مقاومت زمین:

   – با استفاده از تجهیزات فعال، مقاومت زمین به نحو دقیق تنظیم و کنترل می‌شود. این امکان به مدیران سیستم اجازه می‌دهد که مقدار مقاومت زمین را به صورت دینامیک تطبیق دهند.

 

5-3-3. کاهش نویزهای الکتریکی:

   – استفاده از تجهیزات فعال به عنوان بخشی از مقاومت زمین فعال می‌تواند به کاهش نویزهای الکتریکی و افزایش پایداری سیستم کمک کند.

 

5-3-4. اصلاح ولتاژهای ناخواسته:

   – با استفاده از تجهیزات فعال، امکان اصلاح ولتاژهای ناخواسته و افزایش کنترل بر ولتاژهای سیستم وجود دارد.

 

5-3-5. پاسخ سریع به تغییرات:

   – سیستم‌های مقاومت زمین فعال معمولاً با پاسخ سریع به تغییرات در شرایط سیستم شناخته می‌شوند، که این امکان را فراهم می‌کند تا به بهترین شکل مقاومت زمین تنظیم شود.

 

5-3-6. مناسب برای بارهای پویا:

   – این روش به ویژه برای سیستم‌ها و بارهای الکتریکی پویا یا متغیر مناسب است.

 

5-3-7. مدیریت هوشمند:

   – بسیاری از سیستم‌های مقاومت زمین فعال دارای مدیریت هوشمند هستند که با استفاده از الگوریتم‌ها و سنسورها، بهینه‌سازی جریان‌های زمین را انجام می‌دهند.

 

5-3-8. کاربردهای حساس:

   – مقاومت زمین فعال معمولاً در سیستم‌های الکتریکی حساس به ولتاژها و جریان‌های ناخواسته، مانند سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته، به کار می‌رود.

مقاومت زمین فعال به عنوان یک روش پیشرفته حفاظت الکتریکی برای سیستم‌های الکتریکی حساس و نیازمند دقت بالا به کار می‌رود و به بهبود ایمنی و عملکرد این سیستم‌ها کمک می‌کند.

6-3. مقاومت زمین به صورت توزیع شده (Distributed Grounding):

   – در این روش، مقاومت زمین به صورت گسترده در سراسر نیروگاه توزیع می‌شود.

   – مزایا: کاهش احتمال افزایش ولتاژ و جریان‌های غیرهمسانی.

   – معایب: هزینه نصب و نگهداری بالا.

مقاومت زمین به صورت توزیع شده یک روش زمین‌کردن پیشرفته است که در آن مفهوم زمین‌کردن به صورت یکنواخت در سطح گسترده‌ای اعمال می‌شود. در این روش، نقاط مختلف سیستم به صورت مستقل به زمین متصل می‌شوند، و این اتصالات توزیع شده‌ای دارند که از مزایای این نوع زمین‌کردن بهره‌مند می‌شوند. ویژگی‌ها و جزئیات مربوط به مقاومت زمین به صورت توزیع شده عبارتند از:

 

6-3-1. توزیع یکنواخت:

   – در مقاومت زمین به صورت توزیع شده، نقاط مختلف سیستم به صورت مستقل به زمین متصل می‌شوند و این توزیع به یکنواختی در زمین‌کردن سیستم منجر می‌شود.

 

6-3-2. کاهش مقاومت:

   – با توزیع یکنواخت زمین، مقاومت کل سیستم به صورت کلی کاهش می‌یابد که این موجب افزایش کارایی و کاهش ولتاژهای ناخواسته می‌شود.

 

6-3-3. پیشگیری از جریان‌های ناخواسته:

   – این روش می‌تواند بهبودی در جلوگیری از جریان‌های ناخواسته و افزایش ایمنی سیستم ایجاد کند.

 

6-3-4. مدیریت جریان:

   – توزیع یکنواخت جریان زمین بهبود مدیریت جریان‌های الکتریکی را فراهم می‌کند و از تجاوز جریان به نقاط حساس سیستم جلوگیری می‌کند.

 

6-3-5. قابلیت اطمینان بالا:

   – به دلیل توزیع یکنواخت زمین، سیستم با قابلیت اطمینان بالا و عملکرد پایدار روبرو می‌شود.

 

6-3-6. سازگار با تغییرات:

   – این روش سازگاری بالایی با تغییرات سیستم، اندازه‌ی گسترش یا تغییرات در تجهیزات دارد.

 

6-3-7. مناسب برای سیستم‌های بزرگ:

   – مخصوصاً در سیستم‌های الکتریکی بزرگ که از ابعاد گسترده استفاده می‌کنند، توزیع یکنواخت زمین می‌تواند یک گزینه موثر باشد.

 

6-3-8. پیاده‌سازی نسبت به استانداردها:

   – این روش معمولاً با استانداردها و مقررات الکتریکی سازگاری دارد و می‌تواند در پیاده‌سازی‌های مختلف به کار گرفته شود.

مقاومت زمین به صورت توزیع شده با توجه به مزایای مطرح شده، به عنوان یک گزینه کارآمد در زمینه حفاظت الکتریکی در سیستم‌های الکتریکی گسترده استفاده می‌شود.

 

هرکدام از این روش‌ها بسته به نیازها و شرایط خاص هر نیروگاه ممکن است انتخاب شود. انتخاب بهترین روش باید با توجه به استانداردها، اهداف حفاظتی، و شرایط محیطی انجام شود.

نویسنده: مهدی پارساوند

یک روش طراحی موثر برای نیروگاه‌های فتوولتائیک خورشیدی PV متصل به شبکه با وجود بانک باتری

 

خلاصه

این مقاله روشی را، به ویژه برای مناطق با پتانسیل انرژی خورشیدی، برای طراحی و توسعه موثر نیروگاه های فتوولتائیک خورشیدی یکپارچه با بانک های باتری متصل به شبکه برق به عنوان یک پشتیبان اضافی برای حفظ پایداری و قابلیت اطمینان مورد بحث قرار می دهد. برای اثبات اثربخشی این روش در استفاده از آن برای طراحی و توسعه سیستم پیشنهادی، شهر کینشاسا در جمهوری دموکراتیک کنگو با کسری انرژی عظیم (5425 مگاوات ساعت) به عنوان مطالعه موردی در نظر گرفته شده است. در واقع روش به کار گرفته شده در این مطالعه داده های آب و هوا، انتخاب مکان، تحلیل توان بار ساعتی و تقاضای انرژی، مشخصات فناوری های PV و سایر اجزای سیستم را در نظر گرفته است. تحلیل اقتصادی نیز برای ارزیابی قابلیت حیات سیستم پیشنهادی انجام شده است. با LCOE رقابتی، SPP کمتر از 10 سال، NPV˃0، SIR˃1، و ROI ˃10 درصد، و خروجی انرژی PV سالانه بیشتر از کسری انرژی شهر، سیستم پیشنهادی عملی و قابل اجرا است. در جستجوی عملکرد بهتر، راندمان بالاتر و ارزش اقتصادی بهتر، روش پیشنهادی به شدت توصیه می‌شود و می‌تواند به عنوان یکی از مؤثرترین و ساده‌ترین روش‌ها برای راه اندازی سیستم‌های نیروگاه خورشیدی PV در مقیاس بزرگ در نظر گرفته شود.

 

معرفی

موضوع تغییر اقلیم، کاهش پیش بینی شده منابع انرژی متعارف در سال های آینده، نگرانی در مورد آلودگی هوا ناشی از استفاده از این سوخت های متعارف و ناامنی انرژی از عوامل اصلی افزایش سهم بسیاری از کشورها از انرژی های تجدیدپذیر در خود است. (مینگ و همکاران، 2018). در سال 2015، حدود 86 درصد از مصرف انرژی در سراسر جهان از سوخت‌های معمولی تولید می‌شد  (Musa et al., 2018)این سوخت ها جایگاه قابل توجهی در بخش انرژی برای بهبود رشد اقتصادی کشورها دارند، اما استفاده گسترده از آنها نگرانی های زیست محیطی را افزایش می دهد. به طور خاص، آلودگی هوا ناشی از استفاده گسترده از سوخت‌های فسیلی و تغییرات آب و هوایی مرتبط و گرمایش جهانی، مشارکت گسترده در سراسر جهان و پذیرش گسترده فناوری‌های انرژی‌های تجدیدپذیر را ضروری می‌کند. در نتیجه، ادغام نیروی الکتریکی مهار شده از باد، نور خورشید و انرژی آبی، به منظور پرداختن به این مسائل و پاسخگویی به تقاضای فزاینده انرژی در ساختمان‌ها، حمل‌ونقل و صنعت، یک الزام مطلق است (فاضل پور و همکاران، 2016; غنایی و همکاران، 2020). با این افزایش جهانی در مصرف انرژی، تحقیقات پیشرفته تری در زمینه انرژی های تجدیدپذیر بسیار مورد نیاز است و باید به طور مستمر توسط محققان در سراسر جهان انجام شود. این همچنین به مقابله با مشکلات زیست محیطی فزاینده در نتیجه سوخت های فسیلی کمک می کند. با توجه به این واقعیت که این منابع انرژی متعارف دیگر امیدی برای پوشش تقاضای روزافزون جهانی برای انرژی در دو دهه آینده که عمدتاً به دلیل تخلیه سریع منابع آنهاست، به نظر نمی رسد، افزایش نفوذ راه حل های انرژی پایدار ضروری است. به بخش برق نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر که انرژی را به شیوه‌ای پاک از نظر زیست‌محیطی تولید می‌کنند، تعادل بین عرضه و تقاضای انرژی را حفظ می‌کنند، شبکه برق را با توجه به قابلیت اطمینان آن تثبیت می‌کنند و نیازهای بار را برای کاربردهای مسکونی، تجاری، حمل‌ونقل و صنعتی برآورده می‌کنند (Ghenai et al. ، 2020؛ ماهش و ساندو، 2015).

منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد، آبی و خورشیدی را می توان در بسیاری از نقاط جهان یافت، اگرچه پتانسیل منابع بسته به مکان متفاوت است. با این وجود، به نظر می رسد در دسترس بودن آنها برای بشریت از نظر مسائل زیست محیطی و همچنین به عنوان جایگزینی برای اهداف هزاره در آینده امیدوارکننده باشد. این اهداف شامل، اما نه محدود به کاهش/حذف انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از انرژی الکتریکی تولید شده از منابع انرژی متعارف و همچنین وابستگی انرژی کشورها به این سوخت ها است. با این حال، در میان منابع تجدیدپذیر ذکر شده در بالا، باد و خورشید توسط اکثر محققان برای برآوردن نیازهای روزافزون انرژی در بسیاری از جوامع در سراسر جهان انتخاب می‌شوند. همانطور که مشخص است، تولید برق از یک فناوری خورشیدی به شدت به شدت خورشید بستگی دارد و تولید مورد انتظار ممکن است تنها با توجه به دقت پیش‌بینی آب و هوا برنامه‌ریزی شود (گیلانزا و همکاران، 2018؛ ماهش و ساندو، 2015). یکی از راه‌های غلبه بر ماهیت متناوب انرژی خورشیدی، استفاده از یک واحد ذخیره‌سازی یا ترکیب آن با یک منبع انرژی تجدیدپذیر دیگر با استفاده از قدرت یکی برای تکمیل ضعف دیگری است (گیلانزا و همکاران، 2018). این مطالعه یک سیستم هیبریدی را با استفاده از ترکیبی از سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری با نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک PV در نظر می‌گیرد. سیستم‌های PV با ذخیره‌سازی، منبع تغذیه را قابل اطمینان‌تر می‌سازند و هر زمان که در طول تولید برق تغییری در تابش خورشیدی وجود داشته باشد، بانک‌های باتری سهم خود را برای متعادل کردن منبع افزایش می‌دهند. پایداری و قابلیت اطمینان «سیستم منبع تغذیه خورشیدی جدا از شبکه» به تأسیسات نیروگاه خورشیدی PV بزرگ و سیستم‌های ذخیره باتری بزرگ نیاز دارد. از سوی دیگر، در نظر گرفتن ذخیره سازی و باتری برای یک “سیستم نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه” PV نیازهای ذخیره سازی را کاهش می دهد و امنیت و امکان سنجی تامین را بهبود می بخشد. چند مطالعه بر اساس مجموعه‌ای از ترکیبی از سیستم‌های برق متعارف و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر مانند نیروگاه خورشیدی PV، باد و آبی قبلاً برای جمهوری دموکراتیک کنگو(DRC)  انجام شده است. هدف اصلی این مطالعات برآوردن نیازهای تقاضای توان بارهای خاص متصل و/یا غیر متصل به شبکه برق و در نتیجه بهبود قابلیت اطمینان آن سیستم ها بود.

کوساکانا و ورماک (2011) امکان استفاده از سیستم های هیبریدی PV-Wind را در DRC به عنوان راه حلی برای تامین برق تاسیسات مخابراتی از راه دور، به ویژه برای Mbuji-Mayi که در آن ژنراتور دیزلی در حال استفاده است، بررسی کردند. آنها در بررسی های خود نشان دادند که وجود منابع خورشیدی و بادی در تمام نقاط کشور می تواند پاسخگوی نیاز انرژی اپراتورهای شبکه باشد. بر اساس نتایج شبیه‌سازی به‌دست‌آمده از نرم‌افزار HOMER، با استفاده از نامطلوب‌ترین ماه برای اندازه‌گیری سیستم، سیستم قدرت هیبریدی پیشنهادی نسبت به سیستم دیزل ژنراتور مقرون به صرفه‌تر و از نظر زیست‌محیطی بهتر است. با این حال، با LCOE 0.26 $/kWh همانطور که توسط نویسندگان گزارش شده است، سیستم قدرت هیبریدی پیشنهادی آنها بسیار کمتر از نیروگاه های برق آبی Inga و Zongo امکان پذیر است.

 

Vermaak و Kusakana (2014) امکان استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، اعم از سیستم نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک یا بادی، را برای توسعه و استقرار ایستگاه‌های شارژ برقی Tuk-tuk در مناطق روستایی و دورافتاده جمهوری کنگو بررسی کردند. نویسندگان در مطالعات خود از نامطلوب ترین ماه برای اندازه گیری اجزای سیستم استفاده کردند. در مطالعه آنها از نرم افزار HOMER برای انجام شبیه سازی ها با در نظر گرفتن متغیرهای ورودی اصلی استفاده شد. مانند منابع انرژی تجدیدپذیر، هزینه قطعات، مشخصات فنی و تقاضای بار.

کوساکانا و ورماک (2013) تحقیقاتی را در مورد امکان استفاده از سیستم‌های قدرت هیبریدی تجدیدپذیر به عنوان منابع اولیه انرژی برای تامین برق تاسیسات تلفن همراه در مناطق روستایی جمهوری کنگو انجام دادند. این مطالعات سه منطقه را شامل می شود، یعنی Kabinda، Mbuji-Mayi و Kamina که هنوز به شبکه برق ملی متصل نیستند. مناطق فوق با توجه به پتانسیل خوب خورشیدی و بادی به عنوان سایت آزمایشی برای انجام این تحقیقات انتخاب شدند. چهار گزینه مختلف شامل «سیستم PV-Wind هیبریدی»، «سیستم دیزل ژنراتور»، «سیستم نیروگاه خورشیدی  PV و سیستم باد» پیشنهاد و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی سیستم هیبریدی PV-Wind پیشنهادی به دست آمده از نرم افزار HOMER با سایر گزینه های منبع تغذیه ذکر شده مقایسه شد. در طول عمر اقتصادی پروژه، سیستم هیبریدی PV-WIND پیشنهادی به‌عنوان اقتصادی و از نظر زیست‌محیطی بهترین در بین گزینه‌های در نظر گرفته شده بود. در این مطالعات، محققان همچنین سیستم‌هایی را پیشنهاد کرده‌اند که سیستم‌های انرژی مختلف را با یک سیستم دیزلی به عنوان یک پشتیبان قابل اعتماد ترکیب می‌کنند. اگرچه سیستم دیزل هزینه رقابتی انرژی را ارائه می دهد، اما دوستدار محیط زیست نیست زیرا انرژی را از سوخت های فسیلی تولید می کند. هنگامی که هزینه های دیگر در نظر گرفته شود، سیستم های تجدیدپذیر با باتری مقرون به صرفه تر می شوند. با این حال، پایداری و قابلیت اطمینان برای تامین برق تمیز و مقرون به صرفه به بار از طریق یک نیروگاه PV خورشیدی روی شبکه (با باتری) که از شبکه اصلی به عنوان پایه استفاده می‌کند، در ادبیات مربوط به مطالعات موردی انرژی در DRC یا جاهای دیگر مورد توجه قرار نگرفته است. آفریقا با این وجود، تعداد زیادی از مطالعات در سراسر جهان در مورد طراحی و توسعه سیستم های PV خورشیدی تاکنون توسط بسیاری از محققین انجام شده است (آدام و فاشینا، 2019؛ Ayodele و همکاران، 2019؛ Domínguez & Geyer، 2019؛ غفور و Munir، 2015؛ کمالی، 2016؛ Khatri، 2016؛ Kolhe و همکاران، 2015؛ Okoye & Oranekwu-Okoye، 2018؛ Owolabi و همکاران، 2019؛ Sharma و همکاران، 2019؛ Werulkar,20kar و Kul15.)

 

برخلاف روش‌های تحقیقاتی پیشنهاد شده در مطالعات قبلی برای نیروگاه‌های فتوولتاییک خورشیدی، روش پیشنهادی مصاحبه‌های نیمه ساختاریافته، داده‌های آب‌وهوای مکان، پارامترهای ضروری برای انتخاب مکان، عوامل تعیین‌کننده برای تخمین واقعی بار روزانه در یک مکان را در نظر می‌گیرد. بدون سوابق تقاضای انرژی، پروفیل های تقاضای برق و انرژی شهر (ساختمان های مسکونی، تجاری و صنعتی) به صورت ساعتی، روزانه و ماهانه. این روش همچنین مشخصات فناوری ها و سایر پارامترهای کلیدی تصمیم گیری را برای طراحی بهتر و تحلیل اقتصادی نیروگاه خورشیدی PV در نظر می گیرد. مقایسه‌های ماژول‌های PV انتخاب شده در رابطه با خروجی انرژی، PRنسبت عملکرد، CF ضریب ظرفیت، و LCOE  هزینه یکسان‌سازی شده برق نیز ارائه شده‌اند.

 

اهداف این مطالعه عبارتند از:

 

• ارائه یک روش طراحی موثر برای توسعه نیروگاه‌های خورشیدی PV خورشیدی با باتری‌های ذخیره‌سازی که به‌عنوان واحد پشتیبان/پایه به موازات شبکه موجود کار می‌کنند تا پایداری تامین و قابلیت اطمینان شبکه حفظ شود.
• پتانسیل انرژی خورشیدی را در یک مکان ارزیابی کنید و سپس سهم آن در تامین برق را بررسی کنید.
• انجام مطالعه امکان سنجی نیروگاه خورشیدی PV پیشنهادی برای تامین برق کینشاسا.
• نشان دهید که چگونه “کارایی ماژول خورشیدی PV و تعیین زاویه شیب بهینه” در محل انتخاب شده، امکان به دست آوردن انرژی خروجی بهینه، PR و CF بالاتر و LCOE رقابتی را فراهم می کند.
• تامین برق تمیز و مقرون به صرفه برای کینشاسا و رفع قطعی برق، کاهش بار و خاموشی در حال حاضر اکثر ساکنان و صنعت کینشاسا با آن مواجه هستند.
• یک سیستم پشتیبان قابل اعتماد برای منبع تغذیه بدون وقفه پیشنهاد کنید.

 

داده‌های جمع‌آوری‌شده از منابع معتبر مختلف و آن‌هایی که بازسازی شده‌اند، بر اساس مصاحبه‌های نیمه ساختاریافته انجام‌شده با سهامداران کلیدی بخش برق DRC، در طراحی و تحلیل اقتصادی برای این مطالعه موردی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته‌اند.

 

وضعیت برق در کینشاسا

کینشاسا، پایتخت جمهوری دموکراتیک کنگو، به شدت بر برق تولید شده در استان همسایه خود، کنگو مرکزی، برای تامین برق ساکنان و صنایع خود متکی است. منبع اصلی تامین برق در شهر انرژی آبی است که 98 درصد از کل مصرف برق را به خود اختصاص می دهد. تقاضای برق در شهر حدود 1000 مگاوات برآورد شد و تنها 45 درصد از این تقاضا توسط شرکت ملی تاسیسات (SNEL) تامین می شود. این باعث کسری برق برای برق می شود

 

روش شناسی

این مقاله یک رویکرد جدید از طریق یک روش طراحی موثر برای توسعه نیروگاه‌های PV خورشیدی با باتری‌های ذخیره‌سازی ارائه می‌دهد که به‌عنوان واحد پشتیبان/پایه به موازات ژنراتورهای برق موجود برای حفظ ثبات و قابلیت اطمینان عرضه می‌شوند. تازگی این مقاله بر روی یک روش مهندسی نهفته است که قادر به تعیین موثر خروجی انرژی PV و باتری “زمان واقعی”، نسبت عملکرد سیستم پیشنهادی، ضریب ظرفیت آن، NPV، LCOE و SPP با توجه به

نتایج و بحث

در این مطالعه، از ماژول‌های PV SunPower برای تامین برق شهر کینشاسا استفاده می‌شود تا کسری انرژی آن را پوشش دهد و وابستگی آن به منبع تغذیه نیروگاه‌های برق آبی Inga و Zongo را کاهش دهد. نیروگاه خورشیدی PV پیشنهادی برای تداوم تامین به باتری ها متکی است و از شبکه اصلی به عنوان نیروی پشتیبان دوم استفاده می کند. بر اساس محاسبات مهندسی، ظرفیت تولید مورد نیاز این نیروگاه فتوولتاییک 1560 مگاوات پیک برای تامین کسری انرژی 5425 مگاوات ساعت در روز مشخص شد.

 

نتیجه گیری و توصیه ها

این مقاله روشی مبتنی بر یک رویکرد ریاضی را مورد بحث قرار می‌دهد که می‌تواند در همه جای دنیا توسط نصاب‌های PV برای طراحی و توسعه نیروگاه‌های PV خورشیدی در مقیاس بزرگ، با تکیه بر باتری‌ها و شبکه اصلی برای تداوم و قابلیت اطمینان، استفاده شود. مطالعه انجام شده تاکیدی بر وضعیت برق شهر کینشاسا دارد که در آن تنها 45 درصد از مشتریان نهایی به برق دسترسی دارند. با وجود پتانسیل عظیم سیستم های برق آبی در کشور و کنگو

 

بیانیه مشارکت نویسنده CRediT

Arcell Lelo Konde داده‌ها را جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل کرد، تجزیه و تحلیل شبیه‌سازی و یافته‌های تحقیقاتی گزارش‌شده در این دست‌نوشته را انجام داد و نتایج را تفسیر کرد، کل محتوای این دست‌نوشته را نوشت و بازبینی‌های عمده‌ای را در این مقاله انجام داد. مصطفی دغباسی و مهمت کوسف کار را بررسی کردند و بر یافته‌های پژوهشی به‌دست‌آمده نظارت کردند تا مطمئن شوند که داده‌های جمع‌آوری‌شده، محتوا و ساختار این نسخه از استانداردهای انتشار پیروی می‌کند.

 

اعلامیه منافع رقابتی

نویسندگان اعلام می‌کنند که هیچ منافع مالی یا روابط شخصی رقیب‌ای ندارند که به نظر می‌رسد بر کار گزارش‌شده در این مقاله تأثیر بگذارد.

Arcell Lelo Konde دارای مدرک کارشناسی ارشد در مهندسی سیستم های انرژی از دانشگاه بین المللی قبرس با تخصص در سیستم های برق هیبریدی تجدید پذیر است. حوزه‌های تخصص او شامل انرژی‌های تجدیدپذیر، طراحی، مدل‌سازی، توسعه، بهره‌برداری، برنامه‌ریزی و راه‌اندازی سیستم‌های PV خورشیدی از کاربردهای برق کوچک تا مقیاس بزرگ، مزارع بادی و نیروگاه‌های برق آبی است.

نویسندگان: Arcell LeloKonde, MehmetKusaf, MustafaDagbasi

^{مترجم: مهدی پارساوند}