انرژی خورشید، منبعی بی‌پایان

در حالت کلی دو منبع برای دستیابی به داده‌های خورشیدی وجود دارد. داده‌های ماهواره‌ای و داده‌های اندازه گیری شده زمینی. از آنجایی که هر یک از منابع مزایای خودشان را دارند، انتخاب آن به محل سایت بستگی دارد.

منبع خورشیدی ذاتاً یک منبع منقطع بوده و پایدار نیست و بستگی به شرایط آب و هوایی دارد پس علم به تغییرات سالانهٔ آب و هوایی در یک محل اهمیت بسزایی دارد. معمولاً اطلاعات ده سال یا یشتر از شرایط آب و هوایی یک محل می‌تواند درجهٔ قابل قبولی از اطمینان را برای ما فراهم کند.

Global Tilted Irradiation (GTI)

به مجموع انرژی خورشیدی دریافتی به یک سطح واحد شیب دار گفته می‌شود. این پارامتر دارای دو مولفهٔ تابش مستقیم و پراکندگی می‌باشد. برای توسعه دهندگان پروژه مقدار GTI سالانهٔ بالا بسیار مهم می‌باشد.

با استفاده از پارامتر GTI میازن انرژی تابشی دریافتی یک سطح زاویه دار رو به خورشید را ارزیابی کرد. زاویهٔ قرار گیری بهینهٔ پنل ها بطور کلی وابسته به ارتفاع و همچنین شرایط آب و هوایی محلی و پیکربندی پنل های نیروگاه می‌باشد. برای اندازه گیری و ارزیابی تابش روی پنل ها از برخی نرم افزارها استفاده می ود. برخی از محاسبات تابشی که حاصل از بازتاب برخی سطوح باشد را نیز در نظر می‌گیرند که به این پارامتر Albedo گفته می‌شود.

Albedo

انعکاس زمین با همان albedo بسیار به محل سایت بستگی دارد. هر چه این پارامتر بیشتر باشد میزان ایزتاب بیشتر خواهد بود. چمن تازه دارای بازتابی حدود 0.26 می‌باشد و هنگامیکه خشک باشد تا 0.15 کاهش می‌یابد. آسفالت دارای مقداری بین 0.09 تا 0.15 و درصورت خشک بودن 0.18 می‌باشد. برف تازه دارای بازتابی تقریباً برابر با 0.8 می‌باشد یعنی 80 درصد تابش را بازتاب می‌دهد.

• ارزیابی انرژی خورشیدی

برای یک سایت می‌توان از مقادیر طولانی مدت سالانه GHI و DNI که با میانیابی داده‌های پایگاه‌های هواشناسی اطراف آن نقطه به دست آمده یا مدل‌های خورشیدی که از داده‌های ماهواره‌ای، اتمسفری و اقلیمی یک منطقه به دست آمده استفاده کرد. به طور معمول از داده‌های قبلی GHI و DHI که به مرور زمان به دست آمده برای توسعهٔ پروژه‌های PV استفاده می‌شود. برای دستیابی به شرایط آبو هوایی و اقلیمی یک منطقه بررسی داده‌های حداقل ده سال در آن منطقه مطلوب می‌باشد. با اینحال چنین داده‌های وسیعی همیشه در دسترس نمی‌باشد مخصوصاً اگر از پایگاه‌های هواشناسی زمینی باشد. پس بنابراین به داده‌های ماهواره‌ای برای ما قابل قبول خواهند بود.

پایگا های هواشناسی به طور معمول در اکثر نقاط جهان بصورت نامنظم پراکنده شده‌اند و هر کشوری استانداردهای بخصوص خودش را برای کالیبراسیون، پروسه‌های تعمیر و نگهداری و بازه‌های زمانی دریافت اطلاعات دارند. بعلاوه هرچه میزان فاصله از ایستگاه هواشناسی بیشتر شود میزان عدم قطعیت اطلاعات بیشتر خواهد شد. میزان دقیق فاصله‌ای که بتوان داده‌های ماهواره‌ای را به داده‌های میانیابی شده ماهواره‌ای ترجیح داد به مورد مورد نظر بستگی دارد و به طور دقیق نمی‌توان گفت چقدر باشد.

• تنوع میزان تابش خورشیدی در نقاط جهان

منبع انرژی خورشیدی ذاتاً متناوب و منقطع می‌باشد. در یک سال مشخص میزان کل تابش خورشیدی به یک سطح افقی در مدت زمان طولانی به دلیل تغییرات آب و هوایی تغییر می‌کند. برای مالک یک نیروگاه ممگن است پیش بینی استحصال انرژی در یک سال کار دشواری باشد اما یک نفر می‌تواند در مدت زمان طولانی به طور میانگین میزان استحصال انرژی را به دست آورد.

• تعیین شدت تابش خورشیدی

یک طراح سیستم خورشیدی بایستی هم میزان تابش خورشید در یک روز را بداند و هم محاسبهٔ مقادیر انرژی از یک با استفاده از تابش خورشید در یک سایت. انرژی عبارت است از حاصل ضرب توان در مدت زمان که معمولاً یک ساعت در نظر گرفته می‌شود و در نتیجه انرژی بصورت kwh به دست می‌آید. توان دریافتی خورشید بر حسب w/m² به دست می‌آید که می‌توان با ضرب آن در 1000 بصورت kwh/m² به دست آورد. اگر میزان توان را در تعداد ساعاتی که تابش خواهیم داشت ضرب کنیم آنوقت حاصل بصورت kwh/m² به دست می‌آید. در طول یک روز مقادیر تابش یکسان نبوده و تغییر می‌کند پس چگونه می‌توان در طول یک روز واحد kwh/m² را به دست آورد. در استاندارد NREL (national renewable energy laboratory) به محاسبهٔ سطح زیر منحنی‌های تابش پرداخته شده است و در نهایت یک عدد برای محاسبات به دست می‌آید. با مشاهدهٔ شکل زیر که منحنی تابش در طول یک روز بدون ابر در حالت ایده آل می‌باشد یک مستطیل می‌بینیم که معادل است با سطح زیر همان منحنی تابش. یعنی استاندارد NREL منحنی را به یک مستطیل تبدیل کرده است و برای تعدادی از مکانها بعنوان مرجه به چاپ رسانده است. با استفاده از این منحنی به سادگی می‌توان یک مقدار برای تابش در چند ساعت در نظر گرفت و آنرا در تعداد ساعات ضرب کرد تا میزان انرژی به دست آید.

• پتانسیل تابش خورشیدی در ایران

ایران کشوری است که به گفته متخصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 5.5 – 4.5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است. برخی از کارشناسان انرژی خورشیدی گام را فراتر نهاده و در حالتی آرمانی ادعا می‌کنند که ایران در صورت تجهیز مساحت بیابانی خود به سامانه‌های دریافت انرژی تابشی می‌تواند انرژی مورد نیاز بخش‌های گسترده‌ای از منطقه را نیز تأمین و در زمینه صدور انرژی برق فعال شود.

با مطالعات انجام شده توسط DLR آلمان، در مساحتی بیش از 2000 کیلومترمربع، امکان نصب بیش از MW 60000 نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد.

اگر مساحتی معادل 100×100 کیلومترمربع زمین را به ساخت نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک اختصاص دهیم، برق تولیدی آن معادل کل تولید برق کشور در سال 1389 خواهد بود.

انرژی خورشیدی در ایران کشور ایران در میان مدارهای ۲۵ تا ۴۰ درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در میان نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان میانگین جهانی است.

در زیر پارامتر GHI در کل جهان نشان داده شده است که با استفاده از این شکل مشخص می‌شود که کشور ایران از لحاظ تابش در سطح بسیار مطلوبی قرار دارد

شاخص GHI در کشور ایران بر اساس الگوی سازمان سرمایه گذاری جهانی مقدار بسیار قابل توجهی را دارا می‌باشد. همچنین پتانسیل خروجی برق خورشیدی در ایران نیز در تصویر زیر قابل مشاهده است.

ترتیپی که برای مطالعه مبحث مبانی و اصول سیستم‌های فوتوولتایک پیشنهاد می‌کنیم: