کتاب طراحی، تجزیه و مدل‌سازی سیستم‌های فتوولتاییک نوشته‌ی حامد کریمی و علیرضا سیادتان، به معرفی و بررسی سیستم‌های فتوولتاییک متصل و یا مستقل از شبکه با استفاده از نرم‌افزار PVsyst می‌پردازد.

با توجه به اهمیت انرژی در قرن بیست و یکم در سراسر جهان به خصوص انرژی الکتریکی به عنوان مهم‌ترین عامل پیشرفت و شکوفایی هرکشور و نظر به آسیب‌های زیست محیطی ناشی از استفاده از سوخت‌های فسیلی جهت تأمین انرژی مورد نیاز، استفاده از انرژی‌های پاک و تجدید پذیر بالاخص انرژی خورشیدی به عنوان منابع بی‌پایان خدادادی، می‌توان به عنوان یکی از راهکارها مطرح شود. انرژی خورشید مهم‌ترین منبع قابل تجدید انرژی بر روی کره زمین است نگرانی‌هایی که مورد سوخت‌های فسیلی و هسته‌ای وجود دارد، در مورد این منبع انرژی بی‌معنا است.

این انرژی مانع سوخت‌های فسیلی تمام نمی‌شود و یا مانند سوخت‌های هسته‌ای دارای ضایعات اتمی نمی‌باشد، سلول‌های فتوولتاییک منبعی از انرژی هستند که به سوخت احتیاج ندارند در نتیجه آلودگی ناشی از سوخت‌های فسیلی مانند دی اکسید کربن، منواکسید کربن و همچنین آلودگی‌های مهم ناشی از سوخت‌های هسته‌ای و غیره را نیز ندارند. به طور کلی سلول‌های فتوولتاییک هیچ‌گونه آلودگی محیط زیستی را در بر ندارند و به عنوان تمیزترین و سالم‌ترین نوع انرژی شناخته شده‌اند

فتوولتاییک یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشیدی می‌باشد و syst هم علامت اختصاری آن است که سیستم را نشان می‌دهد، لذا این نرم‌افزار برای شبیه‌سازی و مدل‌سازی سیستم‌های مختلف خورشیدی طراحی شده و یکی از مهم‌ترین نرم‌افزارهای کاربردی در طراحی نیروگاه‌های خورشیدی مختلف در دنیا می‌باشد. در ایران نیز این نرم‌افزار به دلیل امکان پیاده‌سازی راحت و ساده آن و توانایی انطباق با سایت‌های مختلف نیروگاهی مورد استفاده فراوان است و سازمان سابق انرژی‌های نو ایران (سانا) و سازمان جدید انرژی‌های تجدید‌ پذیر و بهره‌وری ایران (ساتبا) که متوالی اجرای نیروگاه‌ها و سیتم‌های خورشیدی در ایران است این نرم‌افزار را به عنوان مرجعی مناسب در طراحی‌ها قبول داشته و خروجی‌های آن را در طرح‌های توجیهی و معرفی‌های مورد نظر می‌پذیرد.

اصلی‌ترین کاربرد سیستم‌های فتوولتاییک در شبکه‌های off grid و on grid می‌باشد. طراحی سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه، به گونه‌ای است که همزمان و به طور موازی با شبکه‌ی برق سراسری توان تولید می‌نمایند، به منظور تقویت شبکه سراسری برق و جلوگیری از فشار الکتریکی وارده بر نیروگاه‌ها در طی روز، استفاده شده.

امروزه سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه در بسیاری از کشورهای جهان در واحدهای کوچک از 1 کیلو وات الی 5 کیلو وات در بام منازل مسکونی و واحدهای بزرگ‌تر به صورت نیروگاه‌های فتوولتاییک نصب و راه‌اندازی شده است. در طراحی سیستم‌های فتوولتاییک مستقل از شبکه به گونه‌ای است که باید مستقل از شبکه‌ی برق سراسری عمل نموده و قابلیت تغذیه بارهای مستقیم (DC) و متناوب را دارا باشد. این واحدها مستقیما به بار متصل می‌شوند و تمام بار را بر خلاف سیستم‌های متصل به شبکه تأمین می‌نمایند. بنابراین برای طراحی این‌گونه واحدها، بایستی مدل بار و کل توان مورد نیاز بار در یک دوره شبانه روزی محاسبه شود و ظرفیت واحد و تعداد آرایه‌های فتوولتاییک بر این اساس محاسبه شود. همچنین به دلیل عدم وجود شبکه برق سراسری، تمامی توان می‌بایستی از طریق سیستم فتوولتاییک تأمین شود.

نرم افزار PVsyst در مقایسه با سایر نرم‌افزارهای موجود در بازار برای طراحی سیستم‌های خورشیدی از قابلیت و توانمندی‌های حرفه‌ای‌تر و بالاتری برخوردار است که البته با مقایسه با برخی دیگر از نرم افزارهای مشابه کمی پیچیده‌تر به نظر می‌رسد. خروجی‌های این نرم‌افزار با دقت بالایی می‌توان به اجرای درست و منطبق بر واقعیت پروژه‌ها کمک کند. با آن که کار کردن با نرم افزار PVsyst ساده به نظر می‌رسد ولی دقت در جزییات مربوط به شبیه‌سازی و مدل‌سازی سیستم‌های مختلف به مقدار زیادی در کاهش خطای شبیه‌سازی تأثیر دارد. این نرم افزار محصول دانشگاه Geneva در کشور سوئیس می‌باشد و همانطور که از نام آن پیداست از دو بخش PV و syst تشکیل شده است.

در بخشی از کتاب طراحی، تجزیه و مدل‌سازی سیستم‌های فتوولتاییک می‌خوانیم:

در ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ ﺑﺎﺗﺮی، ذﺧﯿﺮه اﻧﺮژی در ﻗﺎﻟﺐ ﺑﺎﺗﺮی ﺻﻮرت می‌گیرد و در ﺻﻮرت وﺟﻮد ﺑﺨﺶﻫﺎی ﻓﺮﻋﯽ ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﻣﺪار ﺑﺤﺮاﻧﯽ، در ﻫﻨﮕﺎم ﻗﻄﻊ ﺑﺮق، ﻣﺪارﻫﺎی ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺑﺎر ﺑﺤﺮاﻧﯽ در ﻣﺤﻞ ﻣﺼﺮف ﮐﺎر می‌کنند. در اﯾﻦ ﺻﻮرت، وﻗﺘﯽ ﺷﺒﮑﻪ ﺳﺮاﺳﺮی ﺑﯽ‌ﺑﺮق می‌شود، واﺣﺪ ﺧﻮرﺷﯿﺪی از ﺷﺒﮑﻪ اﺻﻠﯽ ﺟﺪا ﺷﺪه و ﺗﻨﻬﺎ بارهای ﺣﺴﺎس ﮐﻪ از ﻗﺒﻞ ﻣﺸﺨﺺ شده‌اند ﺗﻮﺳﻂ واﺣﺪ ﺗﻐﺬﯾﻪ می‌شوند. ﻣﺪارات ﺑﺎر ﺣﺴﺎس، از ﯾﮏ ﭘﺎﻧﻞ ﻓﺮﻋﯽ ﺳﯿﻢﮐﺸﯽ می‌شوند ﮐﻪ از ﺑﻘﯿﻪ ﻣﺪارات اﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ ﻣﺠﺰا اﺳﺖ. اﮔﺮ ﻗﻄﻊ ﺑﺮق در ﻃﻮل ﺳﺎﻋﺎت روز اﺗﻔﺎق ﺑﯿﻔﺘﺪ، آراﯾﻪ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﯾﯿﮏ ﻗﺎدر اﺳﺖ ﺑﺎ ﮐﻤﮏ ﺑﺎﺗﺮی، ﺑﺮق ﻣﻮرد ﻧﯿﺎز را تاﻣﯿﻦﮐﻨﺪ. اﮔﺮ ﻗﻄﻊ ﺑﺮق در ﺷﺐ اﺗﻔﺎق ﺑﯿﻔﺘﺪ، ﺑﺎﺗﺮی ﺑﺎر ﻣﻮرد ﻧﯿﺎز را ﺗﺄﻣﯿﻦ می‌کند.

اﻣﺮوزه باتری‌های ﺳﺮب اﺳﯿﺪ، ﻧﯿﮑﻞ-ﮐﺎدﻣﯿﻮم، ﻫﯿﺪروﮐﺴﯿﺪ ﻧﯿﮑﻞ و ﻟﯿﺘﯿﻮم در دﺳﺘﺮس می‌باشند ﮐﻪ باتری‌های ﺳﺮب اﺳﯿﺪ ﻣﺼﺮف ﺑﯿﺸﺘﺮی دارﻧﺪ. مهم‌ترین ﻓﺎﮐﺘﻮر در اﻧﺘﺨﺎب ﺑﺎﺗﺮی ﺑﺮای سیستم‌های ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﯾﯿﮏ ﻗﺎﺑﻠﯿﺖ ﺗﺨﻠﯿﻪ ﺷﺪن و ﺷﺎرژ ﺷﺪن ﺷﺪﯾﺪ در دﻓﻌﺎت ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺪون اﯾﺠﺎد ﻫﺮﮔﻮﻧﻪ ﺧﺴﺎرت و آﺳﯿﺐ ﺑﺮای ﺑﺎﺗﺮی اﺳﺖ. ﺑﺮای دﺳﺘﯿﺎﺑﯽ ﺑﻪ ظرفیت‌های ﺑﺎﻻﺗﺮ می‌توان باتری‌ها را ﺑﺎﯾﮑﺪﯾﮕﺮ ﺳﺮی و ﯾﺎ ﻣﻮازی ﻧﻤﻮد. ﺑﺎﺗﺮی ﻫﻢ در سیستم‌های ﻣﺠﺰا از ﺷﺒﮑﻪ و ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﺑﻪ ﺷﺒﮑﻪ ﮐﺎرﺑﺮد دارد و در زﻣﺎﻧﯽ ﮐﻪ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﯾﯿﮏ ﺑﯿﺸﺘﺮ از ﺑﺎر اﺳﺖ، ﻣﺎزاد اﻧﺮژی را ذﺧﯿﺮه می‌سازد. زﻣﺎﻧﯽ ﮐﻪ ﻧﻮر ﺧﻮرﺷﯿﺪ در دﺳﺘﺮس ﻧﺒﺎﺷﺪ و ﯾﺎ ﻣﻘﺪار ﺗﻮﻟﯿﺪ اﻧﺮژی ﺳﯿﺴﺘﻢ ﺧﻮرﺷﯿﺪی ﮐﻤﺘﺮ از ﺑﺎر ﺑﺎﺷﺪ، ﺑﺎﺗﺮی وارد ﻣﺪار می‌شود و ﮐﻤﺒﻮد اﻧﺮژی را ﺟﺒﺮان می‌سازد. ﺑﻨﺎﺑﺮاﯾﻦ ﺑﺎﺗﺮی ﺑﺎﯾﺪ ﻗﺎﺑﻠﯿﺖ ﺷﺎرژ و دﺷﺎرژ ﺷﺪن ﻣﮑﺮر را داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ.

فهرست مطالب
فصل اول: انرژی خورشیدی
1-1- مقدمه
1-2- تاریخچه سیستم‌های فتوولتاییک
1-3- انواع سلول‌های خورشیدی و سیستم‌های فتوولتاییک
1-3-1- انواع سیستم‌های بزرگتر فتوولتاییک
2-3-1- کاربردهای سلول‌های خوشیدی7
1-3-3- مزایای سلول‌های خوشیدی
4-3-1- معایب سلول‌های خورشیدی
4-1- عوامل طبیعی موثر بر عملکرد سلول ها
1-4-1- نور خورشید
2-4-1- سایه
3-4-1- دما
4-4-1- جریان باد
5-4-1- برف
5-1- انواع سلول ها
1-5-1- سلول‌های مونوکریستالی
1-5-2- سلول‌های خورشیدی پلی کریستالی
3-5-1- سلول‌های خورشیدی فیلم نازک
1-5-4- سلول‌های خورشیدی پلیمری یا ارگانیک
3-6-1- نحوه اتصال اجزای سیستم‌های فتوولتاییک
7-1- طبقه بندی تیپ سیستم‌های فتوولتاییک15 از لحاظ کاربردی
2-7-1- سیستم‌های مستقل از شبکه سراسری برق
3-7-1- تعیین ابعاد آرایه فتوولتاییک
4-7-1- ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺳﯿﺴﺘﻢ ذﺧﯿﺮه ﺳﺎز
5-7-1- دسترس پذیری
7-7-1- سیستم‌های روشنایی فتوولتاییکی
1-8-1- سیستم‌های دنبال کننده تابش خورشید
1-8-2- اینورتر یا مبدل‌های الکترونیک قدرتAC/DC
1-8-3- ذﺧﯿﺮه ﺳﺎز
1-8-4- سیستم‌های دنبال کننده حداکثر توان
1-8-5- سایر تجهیزات
9-1- سیستم‌های فتوولتاییک BIPV و BAPV
1-9-1- سیستم هایBIPV
2-9-1- مزایای سیستم‌های فتوولتاییک یکپارچه با ساختمان
10-1- انواع کاربرد سیستم‌های فتوولتاییک در بدنه خارجی ساختمان ها
1-10-1- سامانه‌های بام پوش
2-10-1- سامانه‌های نماپوش
1-10-4- سیستم هایBAPV
1-10-5- طراحی و پایداری
1-11- طراحی سیستم‌های فتوولتاییک
1-11-1- اصول طراحی سیستم‌های فتوولتاییک
1-11-2- روند کلی طراحی سیستم‌های فتوولتاییک
1-11-3- طراحی سیستم فتوولتاییک به منظور تامین مصرف انرژی سالانه
1-11-4- طراحی سیستم فتوولتاییک با توجه به میزان فضای موجود
1-11-5- طراحی سیستم فتوولتاییک با توجه به بودجه موجود
12-1- استاندارد سازی ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻫﺎی ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﯾﯿﮏ ﻣﺘﺼﻞ ﺑﻪ ﺷﺒﮑﻪ
2-12-1- ضریب توان
3-12-1- کیفیت توان
4-12-1- محدوده مجاز فرکانس
5-12-1- اﻏﺘﺸﺎﺷﺎت وﻟﺘﺎژ
6-12-1- ﻫﺎرﻣﻮﻧﯿﮏ ﻫﺎ
7-13-1- ﻫﺎرﻣﻮﻧﯿﮏ ﻫﺎی ﻣﯿﺎﻧﯽ
8-12-1- فلیکر ولتاژ
11-12-1- جریان DC
12-12-1- پرهیز از کارکرد جزیره ای
13-13-1- اﻏﺘﺸﺎﺷﺎت ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ
14-12-1- اﺗﺼﺎل ﻣﺠﺪد ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﯾﯿﮏ ﺑﻪ ﺷﺒﮑﻪ ﺑﻌﺪ از رﻓﻊ ﺧﻄﺎی ﺷﺒﮑﻪ
16-12-1- پایش عملکرد سیستم فتوولتاییک و تبادل اطلاعات
13-1- ﻣﺴﺘﻨﺪﺳﺎزی، آزﻣﻮن ﻫﺎی راه اﻧﺪازی و ﺑﺎزرﺳﯽ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﻫﺎی ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﯾﯿﮏ ﻣﺘﺼﻞ ﺑﻪ ﺷﺒﮑﻪ
-13-11- داده ﻫﺎی ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﯾﯿﮏ
2-13-1- ﻧﻘﺸﻪ ﮐﺸﯽ
فصل دوم: منو‌های کاربردی نرم افزار PVsyst
1-2- مقدمه
2-2- راهنمای نصب pvsyst 6. 43
3-2- معرفی بخش‌های نرم افزار
1-3-2- Files
2-3-2- Workspace
2-3-3- Import components
2-3-4- Export components
2-3-5- Export components ,Import components
6-3-2- Export Logs
2-3-7- Quit
2-3-8- Preferences
2-3-9- Preferences
10-3-2- Language
11-3-2- Licence
12-3-2- Help
فصل سوم: معرفی بخش‌های اصلی نرم افزار PVsyst
1-3- Chooes a design
2-3- Preliminary design
1-2-3- Project desing
2-2-3- افزودن یک شهر خاص به داده‌های نرم افزار
3-2-3- Databases
4-2-3- PV Moduldes
5-2-3- Grid Inverter
3-2-6- بررسی اینورتر‌ها از نظر شکل موج تولیدی
3-2-7- برای انتخاب اینورتر دو پارامتر بسیار مهم را باید در نظر گرفت
8-2-3- Batteries
9-2-3- Regulators for Stand – Alone
10-2-3- Generatores
11-2-3- Pumps
3-2-12- Regulators For Pumping
3-2-13- مشخصات فنی رگولاتور‌های پمپ خورشیدی
14-2-3- Manufactures and Rerailers
3-3- قسمتMeteo database (بخش زرد رنگ)
1-3-3- Monthly meteo (B)
2-3-3- (C) Interactive Map
3-3-3- Synthetic hourly Data Generation
4-3-3- Meteo Tables and Grapsh
5-3-3- Compare Meteo Data
6-3-3- Import Meteo Data
7-3-3- Import ASCII Meteo File
4-3- Tools
1-4-3- Tables/ graphs of solar parameters
2-4-3- Electrical dehavior of PV Arrays
3-4-3- Transposition Factor
4-4-3- Monthly Meteo Computation
5-4-3- Operating Voltage Optimization
6-4-3- Importion ASCLL Hourly file
7-4-3- File Transformation
8-4-3- Data Tadles and Graphs
9-4-3- Measured Data Analysis
فصل چهارم: طراحی پروژه on Grid
1-4- زاویه ارتفاع خورشید در ظهر خورشیدی
4-2- فاصله پشت به پشت پنل ها
4-3- طراحی و مدل سازی سیستم on grid
4-4- Grid-Connected
1-4-4- Site and Meteo
2-4-4- Albedo Setting
3-4-4- Design Conditions
4-4-4- Orientation (بخش‌های اجباری)
5-4- System
1-5-4- Detailed Losses
2-5-4- Soiling Losses
3-5-4- Net Metering
6-4- بخش اختیاری (Optinal)
1-6-4- Horizon
2-6-4- Near Shading
3-6-4- Construction /Perspective
فصل پنجم: طراحی پروژه off Grid
5-1- محاسبه تعداد پنل
2-5- تعیین تعداد باتری برای ذخیره انرژی
5-2-1- تعیین مقدار شارژ کنترلر
5-2-2- محاسبه اینورتر
5-2-3- نحوه اتصالات
5-2-4- محاسبه پنل
5-2-5- محاسبه شارژ کنترلر
5-2-6-افت ولتاژ سیم
3-5- System
4-5- Near Shading
فصل ششم: طراحی پروژه پمپ آب خورشیدی
1-6- Pumps
6-2- مراحل اجرای انجام طرح
3-6- System
فصل هفتم: طراحی پروژه در حالت DC Grid
1-7- DC Grid
2-7- Detailed lsses
3-7- User’s needs