سیستم های cpv

 

یک سيستم CPV ازاجزای گوناگون تشکيل یافته که باید بطور موثر باهم کارکنند. معمولاً ماژولهـا یا مجموعه ها برای اطمينان از جمع آوری تشعشع مسـتقيم توسـط لنزهـا بایـد حرکـت ظـاهری خورشيد را تعقيب کننـد. امکـان متمرکـز کننـده هـا بـرای دریافـت بخـش مسـتقيم نـور خورشـيد بستگی به زاویه برخورد نور به لنز دارد که یک محدودیت بزرگ را با توجه به اسـتانداردهای فوتـوولتایيک بوجود می‌آورد. برعکس، لزوم تعقيب نورخورشيد معمولاً یک محدودیت به حساب نمـی‌آیـد. درواقـع تجهيـزات تعقيـب نـور بـرای یـک سـطح پهـن وصـاف و اسـتاندارد ميباشـد. تعقيـب نورخورشيد یک بهبود قابل توجه در گرفتن انرژی است زیرا اجازه بيشترین دریافت اشعه خورشيد را برای یک سطح مشخص ميدهد. این حقيقت اجازه بهبود توليـد انـرژی را تـا ۳۰ الـی ۴۰ درصـد باتوجه به موقعيـت و عـرض جغرافيـایی سيسـتمهای نصـب شـده ميدهـد. بنـابراین ازنقطـه نظـر اقتصادی، اضافه هزینه مربوط به تجهيزات تعقيـب کننـده نـور بایـد بـا اضـافه انـرژی بدسـت آمـده بالانس شود که یک ارزیابی مستقيم در ماژولهای استاندارد ميباشد. برای CPV تعقيب کننده ها اجزای کليدی سيستم هستند بنابراین مانند اینورترهـا بایـد بعنـوان قطعـات اصـلی درنظرگرفتـه شوند. به این منظورتلاشهای زیادی درطراحی و توليد تعقيـب کننـده هـای ارزان و قابـل اعتمـاد برای CPV های جدید انجام ميگيـرد. همـانطور کـه قـبلاً بيـان شـد CPV هـا بسـته بـه تکنولـوژی بکاررفته و سلولها ميتوانند تعقيب کننده های تک محـوره یـا دو محـوره داشـته باشـند، درحاليکـه برای HCPV وجود یک تعقيب کننده دو محوره اجباری است. سيستمهای با تمرکز پایين بسته به تکنولوژی، با تعقيب کننده های تک محوره و دو محوره یافت ميشوند. درشـکل زیر یـک سيسـتم دومحوره بایک ماژول تمرکز ۲۵x ویک زاویه پذیرش بالا نشان داده شده است.درایـنحالـت پذیرش بالای اپتيکی اجازه استفاده از تعقيب کننده های استاندارد را که معمولاً بـرای ماژولهـای سطوح صاف بکارميرود ميدهد [Antoniniet al., 2009a]. عمـومی تـرین نـوع سيسـتمهای CPV از پنلهـایی بـا ماژولهـای مختلف تشکيل شده است. این ماژولهای CPV مانند ماژولهـای سـطح صـاف بـر روی یـک تعقيـب کننده عمل ميکننـد. در پنلهـای CPV صـلبيت سـاختارها و دقـت نصـب بـر روی فـریم هـا بـيش از ماژولهای استاندارد، بحرانی است مانند دقت بالای نقطه ای در تعقيب کننده هـای خورشـيدی. این ماژولها از واحدهای متعدد سلولی- لنزی ساخته شده اند کـه بصـورت الکتریکـی بـه یکـدیگر متصل شده اند و درون یک محفظه بسته و ضد آب قـرار دارنـد. هـر واحـد سـلول- لنـز نقـش یـک سلول منفرد در یک ماژول سطح صاف را بازی ميکند.

 13

شکل فوق سيستم تعقيب نورCPV در ماژول Rondine بر روی یـک مـاژول اسـتاندارد سـطح صـاف در سيسيل ایتاليا را نشان می دهد. [Courtesy of CPower Srl –www.cpower.it]
یک راه حل جایگزین، استفاده از یک لنز متمرکز کننده بـزرگ بـرای جمـع آوری نـور بر روی آرایـه ای از سلولهای متراکم ميباشد. بيشتر طراحی های کلاسیک مشتمل بر بشقابهای بزرگ متمرکزکننده با سطوح شلجمی یا هذلولی و آرایه ای از سلولهای متراکم که در نقطه کانونی متمرکزکننـده‌هـا یـا در انتهای لنزثانویه قراردارند ميباشد [Stefancich et al., 2007]. درشکل زیر آرایه متراکمی از سلولهای خورشيدی سـيليکونی نشان داده شده است. مهمترین مزیت این روش اینست که یک تکنولوژی بالا در یـک فضـای بسـيار کوچک بکار رفته است که ميتواند با تجهيزات استاندارد الکترونيک جمع شود، درحاليکـه در ماژولهـای CPV سلولها درتمام سطح ماژول پخش ميشـوند ودرنتيجـه فضـای زیـادی بـرای گيرنـده‌هـای CPV درنظرگرفته ميشود. اگرچه این آرایه ها محدودیت های مهمی نيز دارند. اول لزوم تابش یک نـور صـاف و همـوار بـا شـدت معين روی نوار سلولهای متصل به هم ميباشد زیرا شدت نور کم، جریان کل نـوار سـلولها را محـدود می سازد. دوم اینکه باید فاصله بين سلولها را تـا حـد امکـان کـاهش داد و نيـز فضـای بـين اتصالات داخلی را به کمترین مقدار رساند. در واقع تمامی این فضاها باعث افتهـای اپتيکـی در متمرکـزکننـده فوتوولتایيک خواهد شد. دو مطلب اخير با ماژولهـای CPV مشـترک نيسـتند. زیـرا اشـعه نـور بـر روی واحدهای سلول نوری برای همه ثابـت اسـت و اتصالات سـلولها معمـولاً از محوطـه تـابش دور نگـاه داشته ميشود. برای این منظور از محوطه وسيع بين سلولها در ماژول گيرنده استفاده ميشود.

 systems

شکل بالا یک آرایه فشرده شده۳۰*۳۰ سانتيمتری ازسلولهای خورشيدی سيليکونی را نشان می دهد [Courtesy of CPower Srl ].
سيستمهای CPV نسبت به ماژولهای اسـتاندارد C-SI ایـن مزیـت رادارنـد کـه زمـان کمتـری را بـرای (EPBT) برگرداندن سرمایه نياز دارند.
EPBT شاخصی است برای توجيه پـذیری سـرمایه اوليـه یـک سيسـتم و آن زمـانی اسـت کـه یـک سيستم توليد انرژی نيـاز دارد تـا سـرمایه اوليـه لازم را از طریـق فـروش یـا جـایگزینی انـرژی ای کـه درمدت عمر خود توليد ميکند بـازپس دهـد. ایـن زمـان بـرای CPVهـا کوتـاهتر اسـت. زیـرا مـواد مـورد استفاده برای ساخت متمرکزکننده‌هـا معمـولاً بـا صـرف هزینـه کمـی همـراه اسـت. سـطح بـالای خلوص لازم برای سـيليکون جهـت رسـيدن بـه مشخصـات الکتریکـی مـورد نيـاز بـرای اسـتفاده فوتـوولتایيک مستلزم صرف هزینه بالاست. برای فهم بهتر مطلب ميتوان گفت: برای توليد ۳۰۰ کيلو وات ساعت انرژی در سال در شهر یزد در مرکز ایران توسط سلولهای استاندارد فوتوولتایيک با بازده حدود ۱۵ درصد در ۲۰ درجه سانتی گراد در حـدود ۱۲۰ وات سـلول خورشـيدی نيـاز است که با توجه به قيمت تقریبی ۲۵۰ یورو برای هر سلول ۱۲۰ واتی با متعلقـات آن و قيمـت خریـد برق خورشيدی در ایران که در حال حاضر با احتساب ۱۳۰ تومان معادل ۰،۰۸ یورو برای هـر کيلـو وات ساعت، بيش از ۱۰ سال زمان لازم است که این سرمایه (فقـط درمـورد سـلول سـيليکونی) برگـردد. علاوه بر سلول باید هزینه‌های دیگری را نيز در نظر گرفت کـه EPBT را در ایـران بـرای سـلول هـای سيليکونی به بيست سال می‌رساند. تکنولوژی CPV فقط بخش کوچکی از مواد خالص شده گران قيمت را به همراه دارد و بقيه آن معمولاً از پلاستيک، شيشه و چارچوبهای فلزی ساخنه ميشوند که نتيجه آن کاهش زمان بازگشت سرمایه به حدود ۱۰ تا ۱۲ سال ميباشد.
مکانهای نصب تجهيزات PVC بشدت وابسته به شرایط آب و هوایی ميباشد، برعکس آنچه کـه بـرای ماژولهای مسطح لازم است. مطالعات اساسی تابش فقط اطلاعات جهانی نيست بلکه تابش عمود و مستقيم DNI ميباشد. (مولفه ای از نور که توسط متمرکز کننده ها جذب ميشود) رطوبت، ابر، گرد و غبار و آلودگی باعث پراکندگی و شکست نور خورشيد ميشوند.

معمولاً بهترین شرایط برای CPV هوای گرم وخشک و آفتابی است. نسبت بـالای DNI/GNI مربـوط به بيابانها و زمينهای بلند اسـت. سـنجش ایـن پـارامتر کـاملاً مهـم اسـت و شـناخت شـرایط تـابش جهانی برای تخمين انرژی توليدی توسط یک سيستم CPV کافی نميباشد. درواقع ميانگين سـاليانه نسبت DNI/GNI ميتواند از ۵۰ تا ۸۰ درصد تغييـر کنـد [NREL,1994]. نقشـه هـای خورشـيدی قابـل اعتمـاد بـرای تابش مستقيم هنوز برای همه جا از جمله GNI در دسترس نيست. بعضی اوقـات حتـی DNI بـرای ارزیابی انرژی توليدی یک سيستم کافی نيست. در واقع نوری که بـه سـلولهای یـک متمرکـز کننـده حمله ميکنـد لزومـاً معـادل انچـه کـه از روی دسـتگاه انـدازه گيـری تـابش مسـتقيم خوانـده ميشـود نميباشد. نوع ساده این دستگاه شامل یک سنسور تابش و یک لوله محدود کننده زاویه برخورد برای اشعه های ورودی ميباشد و معمولاً زاویه دیـدی معـادل °۲،۵± و حـد زاویـه برخـوردی در حـدود±۴° دارد. بسته به نوع تنظيمات متمرکزکننده فوتـوولتایيـک ، زاویـه پـذیرش یـک سيسـتم CPV ميتوانـد بيشتر یا کمتر از آنچه که از روی دستگاه قرائت ميشود باشد. بنابراین نوری که توسط سلولها رویت ميشـود ميتوانـد بيشـتر یـا کمتـر از دسـتگاه مرجـع باشـد. تـاثير خـاک بـر روی ماژولهـا مشـابه تـاثير پراکندگی است که آنهم ناشی از شـرایط جـوی ميباشـد. درواقـع ذرات معلـق اشـعه نـور را منحـرف ميکنند و در افتهای موثر ناشی از آن سهيم ميشوند. معمولاً هرچه زاویه پذیرش لنزها بيشتر باشد، تاثير گرد و غبار بر روی عملکرد سيستم کمتر است. برای سيستمهای متمرکز کننده رتبـه پـایين بـا زاویه پذیرش بالا، افتها قابل مقایسـه بـا ماژولهـای اسـتاندارد ميباشـد [Antonini et al., 2009b]. بيشـترین انـرژی ماژولهـا و مجموعه های CPV معمولاً تحت DNI معادل ۸۵۰W/m2 تعریف ميشود. اگرچـه شـرایط تسـت کـردن کارآیی CPV ها هنوز در اسـتانداردهای بـين المللـی تعریـف نشـده اسـت، توليدکننـدگان و محققـان اصلی اخيراً به ۸۵۰W/m2   برای DNI و دمای ۲۵ درجه سانتيگراد اشاره کرده اند. البته دراین تحقيقات به تستهای عملکرد با دمـای ۶۰ درجـه بـرای سـلول نيـز اشـاره شـده اسـت [Hakenjos et al., 2007]. نسبت به تابش، دما یک عامل بازدارنده برای تست عملکرد است زیرا دمای محيط معمولاً به مراتب بيش از دمای آزمایشگاه ميباشد. مشخصات بيرونی برای ارزیابی افت عملکرد در اثر بالا رفتن دمای سلولها بسيارمهم ميباشـند. شـرایط تـابش بـرای DNI معادل ۸۵۰W/m2 انتخـاب شـده اسـت زیـرا نسبت DNI/GNI=۰،۸۵ دربسياری از مناطق دنيا مشاهده شـده اسـت.(در GNI=۱۰۰۰W/m2 کـه شرایط استاندارد تابش ماژولهای مسطح ميباشد) اگرانرژی مفيد را (Yf) وضریب کارآیی را PR بناميم، توليد انرژی توسط یک تجهيز CPV ميتوانـد سـاده تر از یک ماژول مسطح ارزیابی شود[Marion et al., 2005]. انرژی سودمند معـرف توليـد انـرژی در شـرایط پيـک سيسـتم ميباشد و با KWh/KWP اندازه گيری ميشود و بشدت وابسته به مکان است زیرا بـه تـابش تصـادفی اهميت نميدهد. این نخستين پـارامتر بـرای مقایسـه سيسـتمهای مختلـف در یـک سـایت ميباشـد. برعکس ضریب کارآیی PR بدون بعد است و با معادلات زیر تعریف ميشود. رابطه ای بين توليد انرژی و تابش تصادفی برقرار ميکند و به این ترتيب یک پارامتر مفيد جهت مقایسه تجهيزات درشرایط تابشی مختلف بدست ميدهد.
این پارامتر افتهای ناشی از دما، تبدیل جریان مستقيم بـه متنـاوب، تـاثير خـاک، زمانهـای خاموشـی دستگاه، خرابيها و عدم تطابقها را بصورت کميت نشان ميدهد.

 

PR ميتواند بصورت نسبت زمان معادلی که سيستم بيشترین انرژی اسمی خود را توليد ميکند (Yf) به زمان معادلی که شرایط اسمی تابش برروی سطح فراهم ميشود نيز نشان داده شود.
تابش مرجع(برای حصول بيشترین انرژی DC) برای CPV ها با DNI معادل ۸۵۰W/m2 و برای PV ها با انواع مختلف CPV ميباشد. این تفاوت درمقایسه GNI=۱۰۰۰W/m2 ماژولهای استاندارد با باید درنظر گرفته شود.

بالای صفحه نسخه چاپی   کلیه حقوق متعلق به مرکز تحقیقات الکترونیک فطروسی می باشد خانه | تماس با ما | نقشه سایت
  این سایت توسط شرکت آسمان پیدایش تهیه شده است.