ملاحظات فنی به کارگیری سامانه های فتوولتائیک هیبریدی در نیروگاه های انشعابی + دانلود PDF

با رشد مصرف انرژی الکتریکی و چالش های زیست محیطی وابسته به استفاده از سوخت های فسیلی، بهره گیری از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی بیش از پیش اهمیت یافته است. سامانه های فتوولتائیک هیبریدی، نسل پیشرفته ای از سیستم های خورشیدی محسوب می شوند که قابلیت تامین توان از طریق انرژی خورشیدی، باتری ذخیره سازی و شبکه برق سراسری را به طور همزمان فراهم می کنند. این سامانه ها به ویژه در نیروگاه های انشعابی، که با هدف فروش برق به شبکه و تغذیه بارهای ضروری طراحی می شوند، کاربرد گسترده ای دارند.

مزیت کلیدی سامانه های هیبریدی، توانایی آنها در ادامه تامین برق حتی در شرایط قطع شبکه است. این ویژگی، نقش حیاتی در تضمین پایداری تامین انرژی برای بارهای حیاتی مانند مراکز داده، تجهیزات پزشکی، سیستم های امنیتی و سایر مصارف حساس ایفا می کند.

اهداف و محدوده کاربرد

هدف از این دستورالعمل، ارائه چارچوب دقیق و استاندارد برای طراحی، نصب، راه اندازی و بهره برداری از سامانه های فتوولتائیک هیبریدی در نیروگاه های انشعابی است. این سند بر پایه استانداردهای ساتبا و توانیر تهیه شده و رعایت تمامی الزامات فنی آن برای اخذ مجوز و اتصال به شبکه الزامی است.

محدوده کاربرد شامل:

• نیروگاه های خورشیدی کوچک و متوسط که به شبکه متصل می شوند.
• پروژه های دارای بارهای اضطراری که نیاز به تامین مستقل برق در زمان قطع شبکه دارند.
• طرح های تجاری یا صنعتی که هدف آنها فروش برق به شبکه و استفاده بهینه از باتری است.

اصطلاحات و تعاریف فنی

1. اینورتر فتوولتائیک متصل به شبکه (On-grid PV Inverter) دستگاهی که انرژی DC تولید شده توسط پنل های خورشیدی را به برق AC هم فرکانس و هم ولتاژ با شبکه سراسری تبدیل می کند. این اینورترها دارای قابلیت ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) هستند ولی در صورت قطع شبکه، تولید را متوقف می کنند.
2. اینورتر فتوولتائیک هیبریدی (Hybrid PV Inverter) علاوه بر قابلیت های اینورتر متصل به شبکه، می تواند بارهای اضطراری را در حالت مستقل از شبکه (Off-Grid) تغذیه نماید. اینورتر هیبریدی به طور همزمان توان ورودی از پنل خورشیدی و باتری را مدیریت کرده و در لحظه، بهترین منبع تامین انرژی را انتخاب می کند.
3. بار اضطراری (EPS – Emergency Power Supply) بارهای منتخب که باید حتی در زمان قطع برق شبکه، بدون وقفه تغذیه شوند.
4. کلید انتقال اتوماتیک (ATS – Automatic Transfer Switch) تجهیزی که در زمان قطع شبکه برق، تامین بارها را از اینورتر هیبریدی و در شرایط عادی، از شبکه سراسری انجام می دهد.

اجزای اصلی سامانه هیبریدی

یک سامانه کامل فتوولتائیک هیبریدی شامل اجزای زیر است:

• پنل های خورشیدی: مبدل انرژی خورشیدی به الکتریسیته DC.
• اینورتر هیبریدی: قلب سیستم که انرژی DC را به AC تبدیل کرده و مدیریت منابع را انجام می دهد.
• باتری ذخیره ساز: ذخیره انرژی مازاد برای مصرف در شب یا در زمان قطع شبکه.
• کلید ATS: تعیین مسیر تغذیه برای بارهای اضطراری.
• سیستم های حفاظتی: شامل فیوزها، کلیدهای جریان باقیمانده (RCD)، سرج ارستر (SPD) و سیستم زمین (Earthing).

طرح اتصال به شبکه

در طراحی و اتصال سامانه های فتوولتائیک هیبریدی به شبکه، باید نکات زیر رعایت شود:

1. استفاده از اینورتر سه فاز در ظرفیت های بیش از 5 کیلووات (به جز موارد خاص و تایید شده).
2. تعیین حداکثر توان نصب شده بر اساس دستورالعمل های ساتبا و توان واقعی خروجی سیستم.
3. در حالت متصل به شبکه، محدودیت تزریق توان از باتری به شبکه و بالعکس وجود دارد تا از آسیب به تجهیزات جلوگیری شود.
4. کلید ATS باید مطابق دیاگرام های استاندارد و الزامات توانیر نصب شود.
5. خروجی EPS نباید به طور مستقیم به شبکه متصل گردد.
6. نصب کلید قطع زیر بار در طرف DC اینورتر یا در تابلوی DC الزامی است.
7. استفاده از حفاظت نوع B در سمت AC در صورت الزام سازنده اینورتر.

الزامات کیفیت و حفاظت

• ضریب توان و توان راکتیو: باید با دستورالعمل اتصال منابع تولید پراکنده همخوانی داشته باشد.
• THD ولتاژ خروجی EPS: باید کمتر از 8 درصد باشد تا کیفیت توان برای بارهای حساس مناسب بماند.
• حفاظت در برابر اضافه ولتاژ: نصب سرج ارستر (SPD) در هر دو سمت AC و DC الزامی است.
• تنظیمات نرم افزاری اینورتر: باید مطابق الزامات سند و تنها با تایید شرکت توزیع انجام شود.
• کنتور برق: باید قابلیت ثبت تعرفه های 1.8.0 و 2.8.0 را برای خرید و فروش انرژی داشته باشد.

الزامات مربوط به بارهای اضطراری

• توان بارهای اضطراری نباید بیش از ظرفیت خروجی EPS باشد.
• در صورت وجود بارهای موتوری (مانند پمپ یا کمپرسور)، باید اطمینان حاصل شود که اینورتر توان تامین جریان راه اندازی را دارد.
• خروجی EPS باید مجهز به کلید قطع زیر بار و حفاظت اضافه جریان باشد.

نکات مربوط به نصب اینورتر و باتری

• جای گذاری اینورتر باید مطابق دستورالعمل سازنده و شرایط محیطی (دما، رطوبت و تهویه) باشد.
• نوع باتری باید با اینورتر سازگار باشد (سرب-اسیدی یا لیتیوم-یون).
• ولتاژ و جریان شارژ و دشارژ باید در محدوده مجاز سازنده باشد.
• مسیر اتصال باتری به اینورتر باید دارای کلید DC دوپل با قابلیت قطع زیر بار و حفاظت اضافه جریان باشد.
• حفاظت اضافه جریان باتری باید ولتاژی حداقل 125 درصد ولتاژ نامی باتری داشته و نزدیک به باتری نصب شود.

الزامات سیستم زمین و ایمنی

• اجرای سیستم زمین باید مطابق استانداردهای ملی و بین المللی مانند مقررات سازمان نظام مهندسی، ساتبا و توانیر انجام شود.
• نول شبکه و سیستم زمین فقط در یک نقطه (تابلوی کنتور تولید و کنتور مصرف) به هم متصل شوند.
• استفاده از رله اتصال نول به ارت در اینورتر هیبریدی الزامی است.
• در تابلوی ATS باید اینترلاک مناسب برای جلوگیری از تداخل با شبکه وجود داشته باشد.

موازی سازی اینورترها

امکان استفاده همزمان از دو یا چند اینورتر هیبریدی وجود دارد، اما باید مطابق دستورالعمل سازنده و با رعایت ظرفیت ها و هماهنگی نرم افزاری انجام شود.

پیشنهادهای بهبود عملکرد و بهره وری

1. بهینه سازی زاویه نصب پنل ها براساس موقعیت جغرافیایی برای حداکثر جذب انرژی.
2. استفاده از باتری های با راندمان بالا و طول عمر طولانی، به خصوص باتری های لیتیوم-یون برای کاهش هزینه های نگهداری.
3. مانیتورینگ هوشمند سیستم برای تحلیل عملکرد، پیش بینی خرابی ها و افزایش بازده.
4. هماهنگ سازی با سیستم های مدیریت انرژی (EMS) جهت بهینه سازی مصرف و فروش برق مازاد.

جمع بندی

سامانه های فتوولتائیک هیبریدی گزینه ای ایده آل برای ترکیب مزایای تولید انرژی خورشیدی و ذخیره سازی باتری در پروژه های متصل به شبکه و با بارهای اضطراری هستند. رعایت دقیق ملاحظات فنی، نه تنها موجب اخذ مجوزهای لازم از مراجع ذی ربط می شود، بلکه دوام، ایمنی و بازده سرمایه گذاری را تضمین می کند.

دانلود PDF

دانلود فایل ملاحظات فنی به کارگیری سامانه‌های فتوولتائیک هیبریدی در نیروگاه‌های انشعابی

منابع و مراجع

1. شرکت توانیر – ملاحظات فنی به کارگیری سامانه‌های فتوولتائیک هیبریدی در نیروگاه‌های انشعابی، معاونت هماهنگی توزیع، کد سند درج‌شده در نسخه رسمی.
2. ساتبا – دستورالعمل طراحی و بهره‌برداری سامانه‌های فتوولتائیک متصل به شبکه، سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق.
3. استاندارد IEC 62116 – Test procedure of islanding prevention measures for utility-interconnected photovoltaic inverters.
4. استاندارد IEEE 1547 – Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces.
5. کتاب راهنمای طراحی سیستم‌های خورشیدی هیبریدی، انتشارات IEA-PVPS (International Energy Agency – Photovoltaic Power Systems Programme).
6. دستورالعمل‌های شرکت توزیع نیروی برق ایران – الزامات فنی و ایمنی مرتبط با اتصال منابع تولید پراکنده.