فوتوولتیک‌های ترکیبی با ساختمان (BIPV) چیست؟

فوتوولتیک‌های ترکیبی با ساختمان (BIPV) مخفف Building Integrated Photovoltaic  نوع مصالح و مواد فوتوولتیک هستند که برای جایگزین کردن مواد قدیمی و سنتی در بخشهایی از پوشش ساختمان مثل پشت بام، پنجره‌های شیروانی (سقف) یا سر در و نمای خانه‌ها، به کار می‌روند.

170213_103942784_V3_kl-800x570

آنها به طور فزاینده ای در ساخت ساختمان‌های جدید به کار رفته‌اند، مثلاً به عنوان منبع اصلی (عمده) یا منبع مویین و بسیار کوچک توان الکتریکی، هر چند که ساختمانهای فعلی ممکن است از تکنولوژی مشابهی نیز بهره گرفته باشند.

مزیت فوتوولتیک‌های ترکیبی نسبت به سیستمهای غیر ترکیبی رایج تر این است که می‌توان با کاهش مبلغ خرج شده برای مصالح ساختمان، هزینه اولیه را حذف کرد و کاری که معمولاً برای ساخت قسمتی از ساختمان که جایگزین مدولهای (بخشهای) BIPV می‌شود را انجام نداد. این مزیتها باعث شده که BIPV دارنده یکی از بالاترین سرعت پیشرفت بخشهای صنعت فوتوولتیک باشد. واژه فوتوولتیک های به کار رفته در ساختمان (BAPV) گاهی برای اشاره به فوتوولتیکهایی به کار می‌روند که پس از تکمیل ساخت ساختمان، در آن نصب می‌شوند.

بهترین جهت نصب صفحات فتوولتائیک در تهران

صفحات فتوولتائیک بیشترین دریافت را موقعی خواهند داشت که همراه با دنبال کننده های خورشیدی دو محوره (شمالی-جنوبی، شرقی-غربی) نصب شوند.

در عمل به دلیل هزینه بر بودن دنبال کننده های خورشیدی و نیاز آنها به تعمیر و نگهداری زیاد، استفاده از دنبال کننده های خورشیدی مقرون به صرفه نیست و عمدتا صفحات فتوولتائیک تحت زاویه ثابت و رو به سمت مشخصی نصب و مورد بهره برداری قرار میگیرند.

وقتی قرار است صفحات فتوولتائیک تحت زاویه ثابت و رو به سمت مشخصی نصب شوند نیاز است که از پیش مطالعات خاصی انجام و بهترین زاویه و سمت مشخص گردد.

زاویه نصب تابع موقعیت مکانی منطقه نصب و عرض جغرافیای آن منطقه است.

alt19

بطور معمول وقتی قرار است زاویه نصب ثابت باشد آنرا بصورت زیر محاسبه میکنند:

✅ زاویه نصب پنل = عرض جغرافیایی * ۰٫۹

 با استفاده از نرم افزار pvsyst این زاویه برای تهران ۳۰ درجه محاسبه میشود

نکته: برای کشورهایی مانند ایران که در نیم کره شمالی قرار دارند صورت صفحات فتوولتایک باید رو به جنوب باشد

نکته: برای کشورهایی که در نیم کره جنوبی قرار دارند صورت صفحات فتوولتایک باید به رو شمال باشد

در طول روز که خورشید از سمت شرق طول و در سمت غرب عروب میکنم درصورتی که سامانه مجهز به دنبال کننده باشد صفحات فتوولتائیک این مسیر را دنبال خواهند کرد.

هنگامی که قرار است صفحات بدون دنبال کننده خورشیدی و در زاویه ثابت نصب شوند این سوال پیش می آید که جهت صفحات باید متمایل به کدام سمت(شرق یا غرب) باشد؟

بر اساس مطالعات صورت گرفته، بهترین جهت نصب صفحات فتوولتائیک در تهران رو به جنوب با ۱٫۵ درجه تمایل به سمت شرق است.

مزایای استفاده از باتری های ژل در سیستم سولار

در طراحی باتری های ژل از نوع سیلیکا استفاده می گردد که الکترولیت در آن معلق است. این مواد به الکترون‌ها اجازه جاری شدن در صفحه فلزی را می‌دهد ولی در صورت شکسته شدن باتری به علت ماهیت مواد هیچگاه نشتی ندارند.
این نوع باتری‌ها دارای کارایی بهتر و تعداد سیکل بالا و طول عمر بالاتری هستند.
باید دقت گردد که در باتری های ژل شارژ مجدد باید به درستی انجام شود. باتری ها از نوع دیگر فقط می توانند به یک حالت به علت جلوگیری از نشتی نصب گردند ولی باتری های ژل به علت نداشتن نشتی می توانند به هر حالتی نصب شوند.

makethumbnail

بنابراین می توان مزایای باتری های ژل را به صورت زیر نام برد:
۱- maintenance free (بدون نیاز به نگهداری)
از آنجا که این نوع باتری به صورتی طراحی شده است که انتشار گاز را به حداقل برساند بنابراین به نگهداری کمتری نیاز دارد و نگهداری کمتر به منزله آرامش بیشتر است.
۲- Leak Proof (میزان نشتی کم)
نداشتن نشتی به منزله زنگ نزدن باطری است. این باتری ها برعکس باطری های دیگر میتوانند در حالت های مختلف نصب گردند و در صورت شکستن باطری خطر نشت وجود ندارد.
۳-Rechargable
قابلیت شارژ مجدد
۴-کارکرد مناسب در اکثر دماها
۵-مقاوم در برابر لرزش و حرکت
۶-طول عمر بالا
۷- ایمنی بالا

سلولهای پلی کریستالی (Poly-Crystalline)

بر خلاف سلول‌های مونوکریستال که از یک شمش با ساختار کریستالی یکنواخت برش می‌خورند، سلولهای پلی‌کریستال از برش شمشهایی که دارای ساختار غیر یکنواخت هستند بدست می‌آیند.

برای تولید این نوع سلولها، سیلیکون مذاب به جای شکل گیری دور یک Seed اولیه به صورت یکپارچه، درون یک قالب طی یک فرآیند متالورژی ساده‌تر و سریعتر به شکل نواحی به شکل کاملاً مشخص (Grain) شکل گرفته و سپس به شکل ویفرهای سیلیکونی برش می خورد.

ظاهر پوسته‌پوسته یا فلس (Flake) مانند این نوع سلولها نیز به سبب همین فرآیند خاص تولید می باشد.

NDRJ2

این فرآیند کم‌هزینه‌تر و سریعتر سبب ارزانتر بودن این نوع سلولها و در مقابل، پایین‌تر بودن راندمان آنها نسبت به سلول‌های مونو می باشد.

ساختار پنل‌های پلی‌کریستال نیز دقیقاً مانند پنلهای مونو می باشد که شامل ماتریسی از سلولها درون یک قاب فلزی و دارای یک پوشش شیشه‌ای است.

راندمان سلولهای پلی‌کریستال تجاری بین %۱۲ تا %۱۶ و در مراحل آزمایشگاهی و تحقیقاتی به %۲۰ میرسد

هر دو نوع سلول مونو-پلی کریستال، نسل اول سلولهای خورشیدی را که بر پایه ویفر سیلیکون هستند، تشکیل می‌دهند که امروزه بیش از %۹۰ بازار سلولهای خورشیدی را در اختیار دارند.
مزایا:
بازده خوب، پایداری خوب، استحکام فیزیکی خوب، عدم کاهش بازده در کوتاه مدت

معایب:
وزن زیاد، ضخامت زیاد، انعطاف‌ناپذیری، فرآیند تولید بسیار پرهزینه به دلیل نیاز به انرژی فراوان در فرآیند تولید

تاثیر دما بر طول عمر باتری یو پی اس 

تاثیر دما بر طول عمر باتری: بهترین و مطلوب ترین دما برای نهگداری و استفاده از باتری های یو پی اس  بین ۱۵ الی ۲۰ درجه است.

برای تهویه و محفظه یا کابینت باتری باید اتاقی مناسب و  جداگانه در نظر گرفت.

هر چه دمای محیط بالاتر رود از عمر باتری یو پی اس کم خواهد شد. مثلا اگر دمای اتاق از ۳۰ درجه بالاتر رود، بیش از ۶۰ درصد از طول عمر باتری یو پی اس کم خواهد شد.

بهتر است باتری ها، کابینت باتری و اتاق تهویه مناسب داشته باشند و به دور از وسائل گرمایشی و تابش مستقیم نور آفتاب قرار بگیرند.

فاصله‌ای که باتری یو پی اس باید از موانعی همچون دیوار، سایر دستگاه های برقی و حتی یو پی اس داشته باشد بهتر است بالای ۱۵ سانتی متر باشد.

شرایطی که باطری را از گارانتی خارج میکند چیست؟

شرایطی که باطری را از گارانتی خارج میکند:
۱٫ متورم شدن بدنه باطری
۲٫ تخلیه بیش از حد باطری 
۳٫ اتصال کوتاه نمودن بین ترمینال های باطری هنگام استفاده یا نگهداری
۴٫ شکستگی جلو و درب در اثر ضربه خوردن

افزایش طول عمر باتری

باتری ها از مهمترین اجزاء تشکیل دهنده یو پی اس محسوب می شوند و به هنگام خارج شدن منبع توان ورودی از محدوده مجاز و یا قطع کامل آن، توان مورد نیاز خروجی توسط اینورتر و انرژی ذخیره شده باطری تامین می گردد.

معمولا باتریها با دو مشخصه آمپرساعت و ولتاژ معرفی می شوند.

باطری های مورد استفاده در سیستم های یوپی اس معمولا از نوع سیلد لید اسید(SLA) انتخاب می گردند.

باطری های سیلد لید اسید:

در این باطری ها به دلیل ساختار فیزیکی و شیمیایی امکان ریزش اسید و متصاعد شدن گاز به خارج وجود ندارد و اسید در آنها کاملا مهار شده است . از مزایای این باطریها می توان به Maintenance free بودن (بدون نیاز به تعمیر و نگهداری) آن‌ها اشاره کرد. این باطری ها را می توان در دشارژهای عمیق مورد استفاده قرار داد. جهت رسیدن به بیشترین کارآیی، ضروری است عوامل موثر بر طول عمر باطری های VRLA را مورد بررسی قرار دهیم:

تاثیر دما بر طول عمر باتری:

بهترین دما جهت استفاده و کارکرد باطری، دمای حدود ۲۰ درجه سانتیگراد است. به طور مثال در برخی ار باطری‌ها به ازای افزایش دما از ۲۵ به ۳۵ درجه سانتیگراد، حدود ۵۰% از طول عمر باطری کاسته می شود. از اینرو توصیه می شود علاوه بر مراقبت دمای محیط و رعایت تهویه مناسب از قرار دادن باطریها درکنار تجهیزات گرما زا، تابش مستقیم نور خورشید و مکان‌های بسته نظیر کمد خودداری شود. حداقل فاصله باطری‌ها از موانع جانبی مانند دیوار، دستگاه یو پی اس و … ۱۰ سانتی متر در نظر گرفته شود.

نمودار تعداد دفعات و عمق دشارژ باتری ( نمودار DoD ):

نمودار (DOD (Deep Of Discharge تعداد دفعات و عمق دشارژ هر باطری را نشان می‌دهد. بدیهی است هر چه دفعات و عمق دشارژ بیشتر باشد طول عمر باطری کاهش می یابد. به طور مثال در صورت تخلیه و دشارژ باطری تا ۱۰۰% ظرفیت و شارژ مجدد آن، پس از ۲۰۰ بار، باطری مذکور غیر قابل استفاده خواهد بود. اما در صورتی که تخلیه و دشارژ باطری هر بار تا ۳۰% ظرفیت باطری اتفاق بیافتد، این عمل تا حدود ۱۲۰۰ بار قابل اجرا می باشد.

شرایط نگهداری و انبارداری باطری:

هرچه دمای محیط نگهداری باطری کمتر باشد مدت زمان نگهداری آن بیشتر خواهد بود. با فرض این که ظرفیت باطری ها در زمان اولیه نگهداری ، ۱۰۰% باشد با گذشت زمان و یا افزایش دمای محیط ، ظرفیت باطری ها کاهش می یابد . مثلا در صورت نگهداری باطری در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد به مدت ۴ ماه ، ظرفیت باطری به ۶۰% ظرفیت کل آن خواهد رسید و در صورت عدم توجه به این مطلب و گذشت زمان ، امکان شارژکردن و رسیدن باطری به ۱۰۰% ظرفیت اولیه نخواهد بود و باطری ها در این حالت آسیب دیده محسوب می شوند.

عوامل تاثیرگذار بر بازده پنل های خورشیدی

میزان تابش خورشیدی: به نحوی که هر چقدر میزان تابش خورشیدی زیاد باشد راندمان سلول های خورشیدی بالا میرود.

Monokristalline Solarmodule vor sonnigem Himmel

 میزان دما: هر چقدر دمای محیط سلول ها زیاد باشد میزان رسانایی کریستال های ان کم شده و از راندمان ان تا حدود ۲۵ درصد کم میشود.

 میزان گردو غبار محیط: هر چقدر میزان گرد وغبار زیاد باشد شفافیت سلول ها و میزان نور دریافتی انها کاهش میابد.

میزان رطوبت: هر چقدر میزان رطوبت منطقه زیاد باشد در اینصورت میزان جذب نور و تابش توسط پنل ها کاهش میابد و از میزان راندمان انها
کاسته خواهد شد.
ارتفاع نصب پنل ها: هر چقدر ارتفاع بیشتر باشد ضخامت جو کاهش میابد و در اینصورت میزان جذب نور توسط سلول ها راحت تر و بهتر خواهد بود.

چرا توربین‌های بادی سه پره دارند؟

هرچه تعداد پره های توربین های بادی بیشتر باشد گشتاور بیشتر و سرعت دورانی کمتر می‌شود؛ اما توربین هایی که برای تولید الکتریسیته بکار می روند نیاز به عملکرد در سرعت های بالاتری دارند و در واقع گشتاور بیشتری نیاز ندارند. بنابراین توربین های بادی با دو پره بهترین حالت طراحی و بازده را خواهند داشت اما در این حالت توربین های بادی تحت تاثیر پدیده لرزش همانند انحراف در ژیروسکوپ ها قرار می‌گیرند.

photo_2017-08-14_15-27-06

همچنین از آنجایی که توربین های بادی همیشه باید در مقابل باد قرار گیرند، پره ها باید توانایی تغییر جهت عمودی را زمانی که تغییری در جهت باد ایجاد می شود داشته باشند. این پدیده به حرکت یاو (Yaw motion) اشاره دارد. در سیستم های با دو پره، وقتی پره‌ها به صورت عمودی قرار می‌گیرند (در یک خط با برج و محور دوران توربین بادی)، مقاومت خیلی کمی در برابر حرکت yaw وجود خواهد داشت.

با افزایش تعداد پره‌ها شدت ارتعاشات کاهش می یابد؛ بنابراین در توربین های سه پره در مقایسه با دو پره میزان سر و صدا و استهلاک کمتر است.
مترجم: علی طحانی

انواع اتصال اینورتر خورشیدی

اینورترهای منفصل از شبکه  (off grid inverte)

این نوع اینورترها همان گونه که از نامشان مشخص است قابلیت اتصال به شبکه برق را ندارند و نمی توان آنها را به شبکه متصل کرد. تقریباً تمام اینورترهایی که در خودرو و برای سیستم های کوچک استفاده می شود از این نوع اینورتر هستند.
در نوع منفصل از شبکه، اینورتر برق ذخیره شده در باتری را از ۱۲ ولت مستقیم به ۲۲۰ ولت متناوب تبدیل می‌کند تا مناسب برای استفاده در وسایل برقی خانه شود. اینورترها هرچه قدر شکل تبدیلشان سینوسی تر باشد، بهتر خواهند بود. این اینورترها مانند اینورتر متصل از شبکه نیستند زیرا برق یکنواخت باتری را تبدیل خواهند کرد. در شکل زیر نمایی از اینورتر منفصل از شبکه را مشاهده می کنید.

اینورتر خورشیدی منفصل

برخی از کاربردهای تبدیل ۱۲ به ۲۲۰ ولت:

– روشن کردن حداقل ۲۰ عدد لامپ روشنایی روشن کردن تلویزیون، کباب‌پز، بادبزن برقی، لپ‌تاپ، تبلت، سشوار، دستگاه فرز، دریل، مینی سنگ، ریش‌تراش، ضبط‌صوت، آمپلی‌فایر، ویدئو، دوربین‌های دیجیتال، انواع موزیک پلیرها، جاروبرقی، پنکه  و … با توجه به توان مبدل برق خودرو به ۲۲۰ ولت با مناسب انتخاب کردن توان اینورتر می‌توانید تمام وسایل خانگی و یا صنعتی را استفاده نمایید. همچنین می‌توانید در مواقع قطع برق از آن به‌عنوان منبع برق استفاده نمایید
استفاده از تبدیل برق خودرو به ۲۲۰ ولت (اینورتر) به‌عنوان نوعی ژنراتور سبک و قدرتمند جهت تأمین برق ویلا یا کلبه‌های شخصی و یا تأمین برق موردنیاز در مناطقی که برق شهری ندارد.

اینورتر متصل به شبکه (grid tie inverter):
نوعی اینورتر است که علاوه بر تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC)، قابلیت همگام شدن به منظور اتصال به شبکه برق را دارد. کاربرد آن در تبدیل ولتاژ DC پانل‌های خورشیدی یا توربین‌های بادی به ولتاژ ACC به منظور اتصال به شبکه سراسری برق است. اگر شما به شبکه برق متصل هستید و انرژی خورشیدی را برای کاهش دادن میزان هزینه برق مصرفی از شبکه نصب می کنید و یا اگر به هر دلیلی نمی توانید ارتباط خود را با شبکه برق قطع کنید استفاده از این اینورترها راه حل خوبی برای شماست. با استفاده از این اینورترها هر چقدر که سیستم خورشیدی شما برق تولید کند به همان میزان برق مصرفی از شبکه کم می شود در واقع هزینه های شما کم می شود. در حالت تولید مازاد بر مصرف می توان مازاد انرژی را به شبکه فروخت. در این نوع سیستم بدلیل عدم استفاده از باتری، هزینه احداث بسیار کمتر از سیستم off-grid می­باشد. در شکل زیر نمایی از اینورتر متصل به شبکه را مشاهده می کنید.

در نوع متصل به شبکه، برق تولیدی از پنل خورشیدی به طور مستقیم به اینورتر وارد می‌شود. بنابراین این اینورتر با اینورترهای معمولی متفاوت است. زیرا برق تولید شده از پنل به دلیل تاثیرات شرایط محیطی مانند تغییرات تابش نور خورشید همیشه در حال تغییر است. پس اینورتر با یک توان ورودی یکنواخت روبرو نیست و در نتیجه باید الگوی خاصی برای تبدیل برق مستقیم به برق متناوب داشته باشد. در نتیجه قیمت اینورتر خورشیدی نسبت به اینورتر معمولی بالاتر است.

اینورتر متصل به شبکه