گام های طراحی نیروگاه خورشیدی توسط نیکسا

انرژی خورشیدی، انرژی‌ای است که از خورشید به‌دست می‌آید و به انرژی حرارتی یا الکتریکی تبدیل می‌شود. انرژی خورشیدی پاک‌ترین و فراوان‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر موجود است، انرژی خورشیدی که به سطح زمین می‌رسد، بسیار بیشتر از نیازهای فعلی و پیش‌بینی‌شده‌ی انرژی در جهان است. اگر این منبع پراکنده به‌درستی مهار شود، این پتانسیل را دارد که تمامی نیازهای انرژی آینده را تأمین کند.

نیروگاه‌های خورشیدی در مقایسه با نیروگاه‌های گازی یا فسیلی، مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی قابل‌توجهی دارند. در فرآیند تولید برق توسط این نیروگاه‌ها، هیچ‌گونه گاز گلخانه‌ای یا آلاینده‌ شیمیایی وارد محیط نمی‌شود، چرا که منبع انرژی آن‌ها نور خورشید است که به‌صورت طبیعی، رایگان و نامحدود در دسترس قرار دارد. از نظر اقتصادی نیز، هزینه احداث نیروگاه‌های خورشیدی به‌مراتب کمتر از نیروگاه‌های مبتنی بر سوخت‌های فسیلی است و علاوه بر آن، نگهداری و بهره‌برداری از آن‌ها ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر می‌باشد.

در سال ۲۰۲۴، چین با ظرفیت نصب‌شده ۷۱۰ گیگاوات، بزرگ‌ترین تولیدکننده برق خورشیدی در جهان است و بیش از ۶۰٪ از ظرفیت جدید جهانی را به خود اختصاص داده است. ایالات متحده با ظرفیت بیش از ۲۰۰ گیگاوات در رتبه دوم قرار دارد. ایران با برخورداری از منابع غنی انرژی تجدیدپذیر، به‌ویژه انرژی خورشیدی، در سال‌های اخیر گام‌های مهمی در مسیر توسعه این نوع نیروگاه‌ها برداشته است. ایران با هدف توسعه ۱۰ هزار مگاوات انرژی تجدیدپذیر از سال ۱۴۰۰ اقدام کرده و هم‌اکنون ۳۰۲۶ مگاوات نیروگاه خورشیدی در حال احداث است که به‌زودی وارد مدار تولید برق خواهند شد.

فرآیند احداث نیروگاه خورشیدی در شرکت نیکسا شامل مراحل مختلفی نظیر مطالعات امکان‌سنجی، دریافت مجوزهای لازم، طراحی فنی، تأمین تجهیزات، اجرای ساخت، راه‌اندازی و بهره‌برداری نهایی است. در این مقاله به‌طور خاص به مرحله سوم این فرآیند یعنی طراحی نیروگاه خورشیدی می‌پردازیم؛ مرحله‌ای کلیدی که نقشی تعیین‌کننده در عملکرد، بهره‌وری و بازده نهایی نیروگاه دارد.

در این مقاله از نیکسا گام‌های مختلف طراحی یک نیروگاه خورشیدی از انتخاب محل تا بهره‌برداری عملیاتی را با جزئیات بررسی می‌کنیم.

ضرورت و اهداف طراحی نیروگاه خورشیدی

حداکثر کردن بازدهی

افزایش طول عمر سیستم

رعایت مقررات و استانداردها

بهینه‌سازی اقتصادی و فنی

گام های طراحی نیروگاه خورشیدی توسط نیکسا

نیکسا برای طراحی ….

1. بررسی محل احداث نیروگاه
2. طراحی سیستم PV (فنی)
3. تحلیل عملکرد و شبیه‌سازی
4. سیستم‌های جانبی و زیرساخت‌ها
5. برآورد اقتصادی و مالی نیروگاه
6. مسائل حقوقی، مجوزها و استانداردها
7. اتصال به شبکه برق
8. نگهداری و بهره‌برداری
9. مدیریت ریسک و ایمنی
10. اسناد، گزارش‌دهی و بهبود مستمر

در ادامه هر یک از گام ها را مفصل شرح میدهیم.

بررسی محل احداث نیروگاه خورشیدی

الف) بررسی تابش خورشیدی (سایت سولار رادییشن):

جمع‌آوری داده‌های تابش سالانه و ماهانه
استفاده از نقشه‌های تابش و نرم‌افزارهای تحلیل رادییشن (مثلاً PVsyst یا SAM)
ب) شرایط اقلیمی:

دما، رطوبت، بارندگی، تگرگ و گرد و غبار
اثرات محلی مانند مه، برف یا آلودگی هوا
ج) دسترسی به زیرساخت‌ها:

نزدیکی نیروگاه به شبکه برق سراسری
دسترسی به آب، راه، و امکانات پشتیبانی
د) وضعیت زمین و ارزیابی ژئوتکنیک:

نوع خاک و پایداری آن
شیب و جهت زمین (تاثیر بر آرایش پنل‌ها و زهکشی آب)
هـ) ملاحظات زیست‌محیطی:

عدم تخریب منابع طبیعی و محیط زیست
دوری از مناطق حفاظت‌شده یا کشاورزی مهم

طراحی سیستم PV (فنی)

الف) محاسبه ظرفیت و انتخاب تجهیزات:

برآورد دقیق نیاز مصرف یا فروش برق (کیلووات یا مگاوات)
انتخاب پنل و اینورتر مناسب (کفیفیت، برند، گارانتی و…)
ب) طراحی الکتریکی:

محاسبات دقیق سری و موازی پنل‌ها (ولتاژ، جریان، توان)
محاسبه سایز کابل‌ها، حفاظت اضافه‌بار، تابلو برق DC و AC، سرج‌گیر
ج) طراحی مکانیکی:

انتخاب سازه (ثابت/دنبال‌کننده افقی و عمودی)
طرح مقاومت سازه در برابر باد، زلزله و خوردگی
فواصل بهینه بین ردیف‌ها برای پیشگیری از سایه‌زنی
د) سیستم مانیتورینگ:

انتخاب، پیاده‌سازی و نصب سامانه نظارت و کنترل عملکرد آنلاین سیستم

تحلیل عملکرد و شبیه‌سازی

الف) استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی:

PVsyst، Helioscope، SAM یا HOMER
مدل‌سازی آرایش پنل‌ها و شبیه‌سازی تولید سالانه
ب) تحلیل تلفات سیستم:

تلفات سیم‌کشی، اینورتر، آلودگی سطحی پنل‌ها و دما
ج) بررسی سایه‌زنی و راه‌حل‌های کاهش آن:

مدل‌سازی سایه ناشی از اجسام مجاور یا ردیف‌های پنل

سیستم‌های جانبی و زیرساخت‌ها

توضیح کوتاه
الف) مانیتورینگ و کنترل:

قابلیت مشاهده آنلاین، آلارم، گزارش‌گیری و نگهداری پیشگیرانه

ب) ذخیره‌سازی انرژی (در صورت نیاز):

انتخاب نوع و ظرفیت باتری‌ها (لیتیوم یا اسید-سربی)
مدار شارژ کنترل و مدیریت انرژی

زیرساخت‌های پشتیبانی

احداث جاده دسترسی و فنس‌کشی
سیستم نورپردازی و ایمنی نیروگاه

برآورد اقتصادی و مالی

الف) برآورد سرمایه‌گذاری اولیه:

خرید تجهیزات (پنل، اینورتر، کابل و…)، نصب و راه‌اندازی
ب) هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری:

تعویض قطعات مصرفی (مثلاً پنل، اینورتر، فیوزها)
هزینه شستشو و تعمیرات اضطراری
ج) تحلیل سودآوری و بازگشت سرمایه:

محاسبه ROI و دوره بازگشت سرمایه با سناریوهای مختلف تولید
د) تأمین مالی:

وام بانکی، سرمایه‌گذار خصوصی یا جذب اعتبار دولتی

مسائل حقوقی، مجوزها و استانداردها

الف) دریافت مجوزهای وزارت نیرو و سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر:

مراحل ثبت، دریافت پیش‌مجوز و قرارداد خرید تضمینی برق (PPA)
ب) استانداردهای نصب و بهره‌برداری:

رعایت IEC، استاندارد ملی ایران و مقررات شرکت برق منطقه‌ای
ج) ارزیابی‌های محیط‌زیستی:

تکمیل مطالعات ارزیابی و اخذ تأییدیه از سازمان محیط زیست

 اتصال به شبکه برق

الف) طراحی پست برق و ترانسفورماتور:

انتخاب ظرفیت مناسب بر اساس خروجی نیروگاه
ب) هماهنگی با شرکت برق:

رعایت الزامات فنی اتصال نیروگاه به شبکه
انجام تست‌های هماهنگی حفاظتی و گرفتن تأییدیه
ج) نصب و راه‌اندازی تجهیزات حفاظتی:

رله‌های حفاظتی، سکسیونر، بریکر و سیستم‌های ارسال سیگنال خطا

نگهداری و بهره‌برداری

الف) برنامه‌ریزی نگهداری دوره‌ای:

شستشوی منظم پنل‌ها
بازرسی دوره‌ای تجهیزات الکتریکی و مکانیکی
ب) عیب‌یابی و تعمیرات:

پروسه تشخیص خرابی‌ها و روش‌های تعمیر سریع
ج) آموزش نیروی انسانی:

برگزاری دوره‌های آموزشی ایمنی و فنی

مدیریت ریسک و ایمنی

الف) تحلیل مخاطرات محیطی و کاری:

ارزیابی ریسک‌های طبیعی (سیل، طوفان، زمین‌لرزه)
ب) تمهیدات ایمنی:

حفاظت نیروی انسانی، نصب علائم هشدار و آتش‌نشانی
ج) بیمه تجهیزات:

بیمه نامه برای پوشش خسارت ناشی از حوادث طبیعی یا سوانح

 اسناد، گزارش‌دهی و بهبود مستمر

الف) تهیه اسناد فنی و اجرایی:

دفترچه محاسبات، نقشه‌ها و دستورالعمل‌های نصب
ب) مستندسازی عملکرد:

ثبت داده‌های تولید و خرابی برای تحلیل و بهبود
ج) بهبود مداوم بهره‌وری:

تحلیل داده‌ها و ارتقاء تجهیزات بر اساس نتایج دوره‌ای

استانداردهای بین المللی طراحی نیروگاه خورشیدی

با افزایش تقاضا برای انرژی پاک و تجدیدپذیر، نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک (PV) به عنوان یکی از اصلی‌ترین راهکارها جهت کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی مورد توجه قرار گرفته‌اند. طراحی اصولی این نیروگاه‌ها بر اساس استانداردهای بین‌المللی، شرط لازم برای دستیابی به عملکرد ایمن، پایدار و اقتصادی است. این استانداردها معمولاً توسط سازمان‌های معتبر مانند IEC، IEEE، UL، و ISO تدوین می‌شوند.

1. استانداردهای IEC

این مجموعه، رایج‌ترین استانداردهای جهانی برای سیستم‌های خورشیدی فتوولتائیک (PV) را شامل می‌شود:

• IEC 61215 – تأیید طراحی و آزمون نوع برای ماژول‌های PV زمینی

• IEC 61730 – الزامات ایمنی در ساخت و آزمون ماژول‌های فتوولتائیک

• IEC 61853 – آزمون عملکرد و رتبه‌بندی انرژی ماژول‌های خورشیدی

• IEC 62109 – ایمنی مبدل‌های قدرت (اینورترها) در سیستم‌های خورشیدی

• IEC 62548 – الزامات طراحی برای آرایه‌های فتوولتائیک

• IEC 62738 – تعاریف، نمادها و اصطلاحات سیستم‌های خورشیدی

• IEC 62716 – آزمون خوردگی آمونیاک در ماژول‌های PV (ویژه محیط‌های کشاورزی و شیمیایی)

2. استانداردهای IEEE

این استاندارد توسط مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک – IEEE تهیه شده است و شامل:

• IEEE 1547 – استاندارد اتصال و تعامل منابع انرژی توزیع‌شده با شبکه برق

• IEEE 929 – راهنمای توصیه‌شده برای اتصال سیستم‌های خورشیدی به شبکه برق شهری

3. استانداردهای UL

این استاندارد عمدتاً مورد استفاده در آمریکای شمالی می‌باشد و شامل:

• UL 1703 – استاندارد ماژول‌ها و پنل‌های خورشیدی تخت

• UL 1741 – اینورترها، مبدل‌ها، کنترلرها و تجهیزات اتصال به شبکه برای منابع انرژی توزیع‌شده

4. استانداردهای NFPA

استانداردهای NFPA ویژه ایمنی و آتش‌نشانی – ایالات متحده بوده و استاندارد شماره NFPA 70 (NEC) – کد ملی برق آمریکا، به‌ویژه ماده 690 مربوط به سیستم‌های فتوولتائیک است.

5. استانداردهای ISO

استانداردهای مدیریتی عمومی در حوزه محیط زیست و کیفیت:

• ISO 14001 – سیستم‌های مدیریت زیست‌محیطی

• ISO 9001 – سیستم‌های مدیریت کیفیت

6. استانداردهای ASCE و ASHRAE

استانداردهای ASCE و ASHRAE مربوط به طراحی سازه‌ای و داده‌های اقلیمی می‌باشد.

• ASCE 7 – بارگذاری طراحی سازه‌ها (باد، برف، زلزله برای سازه‌های نگهدارنده ماژول‌های خورشیدی)

• داده‌های اقلیمی ASHRAE – اطلاعات تابش خورشیدی و دمایی برای طراحی حرارتی و زیست‌محیطی

استانداردهای بین‌المللی طراحی نیروگاه‌های خورشیدی، چارچوبی یکپارچه و فنی برای اجرای صحیح و ایمن پروژه‌های خورشیدی فراهم می‌کنند. آشنایی و به‌کارگیری این استانداردها برای مهندسان، طراحان و پیمانکاران الزامی است. بهره‌گیری از منابع معتبر مانند استانداردهای IEC، IEEE و UL، به تضمین موفقیت پروژه در بلندمدت کمک می‌کند.

سخن پایانی

یک پروژه نیروگاه خورشیدی موفق نیازمند برنامه‌ریزی دقیق در تمامی بخش‌هاست؛ از انتخاب محل تا انتخاب تجهیزات، تحلیل عملکرد، مسائل اقتصادی و نقشه راه بهره‌برداری بلندمدت. رعایت استانداردها، داشتن تیم فنی مجرب و مانیتورینگ مستمر، تضمین‌کننده دوام و بازدهی بالای نیروگاه در سال‌های آتی خواهد بود.