۱٫ معرفی
تقاضای جهانی انرژی طی چند دهه گذشته به دلیل رشد جمعیت و توسعه اقتصادی به طور پیوسته افزایش یافته است [
۱]. بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی (IEA)، این روند در چند سال آینده با میانگین ۳٫۴ درصد در سال افزایش شدیدتری خواهد داشت. [
۲]. به خصوص در مناطق خشک با ظهر گرم تابستان، استفاده روزافزون از سیستم های تهویه مطبوع در ساختمان های بزرگ دلیل اصلی این افزایش قابل توجه است. همچنین، در حالی که یک سیستم خنک کننده به مقدار زیادی برق برای چندین ساعت در یک روز تابستانی حوالی ظهر نیاز دارد، این استفاده در زمستان ادامه نمی یابد و مشخصات برق بخش های مسکونی و تجاری را تغییر می دهد. [
۳]. بنابراین، عرضه اوج بار در ظهر تابستان به یک چالش در کشورهای گرم تبدیل می شود. احداث نیروگاه های بزرگ با سوخت فسیلی از نظر فنی و اقتصادی راه حلی امکان پذیر نیست، زیرا نیازی به تولید برق کامل آنها در زمستان نیست.
برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برق، انرژی های تجدیدپذیر مانند سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه (GCPVS) به طور قابل توجهی در سراسر جهان توسعه می یابند. [
۴]، حتی در طول همه گیری COVID-19: به عنوان مثال، ۱۲۴٫۴ و ۱۳۸٫۵ گیگاوات تاسیسات جهانی در سال های ۲۰۲۰ و ۲۰۲۱ [
۵]. تولید انرژی پاک، بهره برداری ساده، هزینه های نگهداری کم و نصب مدولار انگیزه های این روند هستند [
۶]. علاوه بر این، یک GCPVS به دلیل سطح قابل توجهی از تابش خورشیدی دریافتی، توانایی ذاتی برای تولید سطوح بالای انرژی در یک روز تابستانی در ظهر را دارد. [
۷]. ساختمان های مسکونی و تجاری در مناطق شهری می توانند از این فرصت بهره مند شوند و با استفاده از GCPVS بار پیک خانگی خود را هموار کنند. شایان ذکر است که نفوذ قابل توجه GCPVS ها ممکن است چالش های کنترلی و حفاظتی برای شبکه های توزیع ایجاد کند، به عنوان مثال، حفاظت ضد جزیره ای [
۸]، ناهماهنگی حفاظتی [
۹]، و اضافه ولتاژ [
۱۰]. با این حال، برخی از این چالش ها در مناطق شهری به دلیل شبکه قوی به هم پیوسته رخ نمی دهند.
اثر یک GCPVS بر تراشیدن بار اوج برای مکان‌های مختلف، عمدتاً در مناطق غیر خشک، تحلیل شده است. در این مناطق، که عمدتاً از چالش‌های پشتیبانی برق در زمستان‌های سرد رنج می‌برند، اوج تقاضا و حداکثر تولید GCPVS به طور همزمان اتفاق نمی‌افتد. بنابراین، اکثر کارشناسان در حال حاضر ترکیب یک سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS) و یک GCPVS را پیشنهاد می‌کنند که در آن BESS در بازه‌های زمانی خارج از پیک شارژ می‌شود و GCPVS را در زمان‌های اوج مصرف پشتیبانی می‌کند. ادبیات موجود در مورد اصلاح پیک GCPVS را می توان به سه گروه اصلی دسته بندی کرد.
اولین گروه از مطالعات یک ترکیب GCPVS و BESS بهینه سازی شده با هزینه را برای پشتیبانی از یک بار مشخص تعیین کردند. علاوه بر تراشیدن بار اوج، اهداف مختلف دیگری از جمله حداکثر خودکفایی GCPVS (یعنی حداقل وابستگی یک پروفایل بار معین به شبکه) تعریف شده است. [
۱۱,
۱۲,
۱۳]، بهبود کیفیت توان و کمک به تنظیم فرکانس شبکه [
۱۴]. سیلوا و هندریک تقریباً ۳۰ درصد خودکفایی GCPVS برای تقاضای خانوار بلژیکی نشان دادند. [
۱۱]. این پشتیبانی انرژی را می توان با استقرار BESS 10٪ افزایش داد. با این وجود، هزینه اضافی، بقای اقتصادی پروژه را به خطر می اندازد. کیو و همکاران فرآیندهای شارژ و تخلیه BESS را که توسط GCPVS پشتیبانی می‌شود، در بازه‌های زمانی روزانه و درون روز بهینه‌سازی کرد. [
۱۴]. علاوه بر اصلاح بار اوج، تنظیم فرکانس شبکه به عنوان یک تابع هدف فرموله شده است. نویسندگان فوق متوجه شدند که اوج بار حتی با تخلیه BESS در ظهر قابل توجه است. تانگو و همکاران یک بررسی جامع از کاربردهای BESS و PV در آفریقای جنوبی انجام داد [
۱۵]. مطالعه آنها چندین حوزه مورد علاقه را بررسی کرد، مانند کاهش مشکلات کیفیت توان، کنترل بهینه یک سیستم قدرت، و اصلاح اوج تقاضا. از دیدگاه پیک تراشیدن، نتایج آنها نشان می‌دهد که باتری‌های لیتیوم یون اقتصادی‌تر از باتری‌های سرب اسیدی برای کشور مورد مطالعه هستند.
گروه دوم ترکیب GCPVS و BESS را از منظر اقتصادی تحت سیاست های تشویقی سایت های مورد مطالعه تحلیل کردند. [
۱۶,
۱۷,
۱۸,
۱۹,
۲۰,
۲۱,
۲۲]. نتایج چنین مطالعاتی بازخورد ارزشمندی را برای سیاستگذاران فراهم می‌کند و آنها را قادر می‌سازد تا شکل مشابه یا تغییر یافته‌ای از سیاست حمایتی را اتخاذ کنند. یانکویاک و همکاران ترکیبی از GCPVS و BESS را برای اصلاح بار اوج بار خانگی ۴۰۴۴ کیلووات ساعت در سال در بریتانیا به کار گرفت. [
۱۷]. تجزیه و تحلیل فنی-اقتصادی آنها نشان داد که یک GCPVS 2 کیلوواتی با BESS 15 کیلووات ساعتی این بار را به طور کامل کاهش می دهد. با این حال، این تنها زمانی از نظر اقتصادی امکان پذیر است که هزینه انرژی در ساعات اوج مصرف بیشتر از ۰٫۲۴ GBP/kWh باشد. که در [
۱۸]یک ظرفیت بهینه BESS به منظور به حداقل رساندن هزینه و ضرر سالانه آن و به حداکثر رساندن طول عمر آن در یک سیستم ترکیبی با یک GCPVS تعیین شد. نتایج شبیه سازی مبتنی بر MATLAB نشان داد که ظرفیت بهینه ۱۹٫۲ کیلووات ساعت به BESS اجازه می دهد تا به اهداف ذکر شده دست یابد. با این حال، این پروژه تنها زمانی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود که انرژی فروخته شده در ساعات اوج مصرف گرانتر از انرژی خریداری شده شبکه باشد. دوفو لوپز و برنال آگوستین یک GCPVS و BESS را برای کاهش اوج تقاضای بارهای مسکونی، تجاری و صنعتی اسپانیایی پیشنهاد کردند. [
۱۹]. BESS در طول شب شارژ می شود و در زمان اوج بار تخلیه می شود که توسط GCPVS پشتیبانی می شود. نتایج نشان داد که سیستم ترکیبی می تواند به طور موثری اوج تقاضا را کاهش دهد. با این حال، با توجه به تعرفه فعلی برق و هزینه تجهیزات، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
در نهایت، چند محقق تأثیر یک GCPVS به تنهایی بر تراشیدن بار اوج را بررسی کرده‌اند [
۲۳,
۲۴,
۲۵,
۲۶,
۲۷]. با این حال، اکثر مطالعات فاقد تجزیه و تحلیل قابل اعتماد (یعنی اندازه‌گیری بلندمدت در فضای باز یا مدل‌سازی دقیق GCPVS/بار) و قابلیت عمل (یعنی طراحی و چیدمان GCPVS)، و تقاضای مبتنی بر سیستم تهویه مطبوع در مناطق گرم را پوشش نمی‌دهند. به عنوان مثال، الکلبی و همکاران. تأثیر GCPVS بر تراشیدن بار اوج برای مشتریان انبوه در ریاض از نقطه نظر اقتصادی را بررسی کرد. [
۲۳]. نویسندگان از یک تعرفه پویا در رابطه با مشخصات بار در عربستان سعودی استفاده کردند. نتیجه، تراشیدن قابل توجهی از اوج بار روز را نشان داد. با این حال، انرژی مورد انتظار بالا از GCPVS ها مستلزم توسعه قابل توجهی از این فناوری در کشور مورد مطالعه است که نشان دهنده ضرورت وجود یک انگیزه کاملاً تعریف شده برای ایجاد انگیزه در سرمایه گذاران است. مطالعه در [
۲۴] شامل چهار دستگاه GCPVS روی پشت بام با توان اسمی ۱۱۷٫۵ کیلووات برای دانشگاه آندلاس، اندونزی. علاوه بر محدودیت های سایت، ویژگی های الکتریکی ماژول های PV و اینورترها در فرآیند طراحی در نظر گرفته شد. [
۲۸]. نتایج شبیه‌سازی، ۵۱ درصد تراشیدن بار پیک ۱۲۱٫۸ کیلووات مورد مطالعه را نشان می‌دهد. که در [
۲۵]اندازه‌های مختلف GCPVS که ۱۰%، ۳۰% و ۵۰% سقف ساختمان را پوشش می‌دهد، برای حداکثر تراشیدن ساختمان اداری توصیه می‌شود. استراتژی حداکثر اصلاح پیشنهادی باعث صرفه جویی در حدود ۵۹۵ کیلوگرم در روز CO می شود
۲ در تابستان. علاوه بر این، نتایج راه‌حل بهینه (اندازه GCPVS) را برای هر مشتری با توجه به مشخصات بار و منطقه پشت بام تعیین کرد. دو مطالعه برای ساختمان های بزرگ و متوسط لهستان ارائه شده است [
۲۶,
۲۷]. تحلیل ها در [
۲۶] تایید کرد که چندین GCPVS در مقیاس بزرگ می توانند بار پیک ۲۰۰ مگاواتی را در ماه می با توان اسمی ۲۷۳ مگاوات کاهش دهند. Jurasz و Campana نشان دادند که ۲۵٪ بار پیک بار ساختمان تجاری مورد مطالعه خود را از ۶۰ کیلووات به ۴۴ کیلووات تراشیده اند که باعث کاهش حداکثر ۵٫۸٪ از قبض برق می شود. [
۲۷].
GCPVS های پشت بام می توانند به طور موثر اوج تقاضای ساختمان های مسکونی و تجاری را در مناطق خشک/نیمه خشک که در آن تابش خورشیدی بالا با استفاده از سیستم های تهویه مطبوع همزمان است، صاف کنند. با توجه به گسترش روزافزون سیستم های تهویه مطبوع در مناطق خشک مانند اسپانیا، استرالیا، مکزیک، خاورمیانه و شمال آفریقا، می توان شکافی را در تحقیقات موجود معرفی کرد.
شکل ۱). یک مطالعه تجربی (یعنی اطمینان از عملی بودن و قابلیت اطمینان) هنوز گزارش نشده است که تراشیدن موثر بارهای اوج مبتنی بر تهویه مطبوع را با استفاده از یک GCPVS نشان دهد. خروجی‌های این مطالعه موردی بینش‌های ارزشمند و توصیه‌های عملی را برای مناطق/کشورهایی با همان چالش (تقاضای برق بالا در تابستان در ظهر) و فرصت‌ها (پتانسیل خورشیدی عالی در تابستان در ظهر) ارائه می‌کند. برای این منظور، این مقاله تأثیر یک GCPVS واقعی ۵۱ کیلووات را بر اوج تراشیدن یک ساختمان تجاری در مشهد، ایران، با اقلیم نیمه خشک بررسی می‌کند. مزیت های اصلی مقاله فعلی به شرح زیر است:
بقیه این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است:
بخش ۲ در مورد سیاست حمایتی و جزئیات GCPVS 51 کیلوواتی در مورد مورد مطالعه توضیح می دهد.
بخش ۳ اوج تراشیدن توان و شاخص های خودکفایی را برای تعیین کمیت اثر GCPVS نصب شده بر بار داخلی ارائه می دهد. پس از آن، تأثیر این GCPVS بر پیک تراشیدن بار و انرژی پشتیبانی شده در
بخش ۴. در نهایت نکات پایانی و چند پیشنهاد برای مطالعات آتی ارائه شده است
بخش ۵.
۵٫ نتیجه گیری ها
افزایش استقرار سیستم های تهویه مطبوع در تابستان در ظهر به یک چالش در مناطق گرم تبدیل شده است. این پیک برق که در زمستان ادامه نمی‌یابد، باید برای جلوگیری از خاموشی در سیستم برق تامین شود. به عنوان یک راه حل عملی، GCPVS ها به دلیل پتانسیل خورشیدی فوق العاده مناطق خشک در ظهر تابستان، تنها می توانند بار اوج را کاهش دهند. برای این منظور، این مقاله با استفاده از یک GCPVS به ارزیابی اصلاح بار اوج ساختمان‌های مسکونی و تجاری در مناطق خشک می‌پردازد. جزئیات ساختمان مورد مطالعه با حداکثر توان ۴۷۰ کیلووات و GCPVS نصب شده ۵۱ کیلووات در ابتدا تشریح می شود. برخلاف کارهای موجود، مطالعه ارائه شده از داده های ثبت شده با وضوح بالا یک ساله برای افزایش قابلیت اطمینان نتایج بهره برداری می کند. خروجی ها نشان می دهد که تراشیدن توان اوج موثر در مورد مورد مطالعه، به ۱۸٫۴۵٪ در تابستان در ظهر می رسد، که نزدیک به ۱۱٪ از تقاضای سالانه را پشتیبانی می کند.
با توجه به خروجی های این مطالعه موردی، بینش ها و توصیه های ارزشمندی برای مناطقی با همان چالش (یعنی اوج قدرت در تابستان در ظهر) و فرصت ها (پتانسیل خورشیدی بالا) ارائه شده است. برای این منظور، تراشیدن بار اوج موثر پروژه های موفق، مانند مطالعه ارائه شده، می تواند سایر افراد را برای ساخت GCPVS ترغیب کند. با توجه به نتایج، سیاست گذاران همچنین می توانند یک انگیزه عملی را برای تشویق سرمایه گذاران خصوصی و دولتی به ساخت GCPVS قانونی کنند. در تنظیم سیاست های تشویقی علاوه بر شرایط اقتصادی مکان، نرخ برق و پتانسیل خورشیدی نیز در نظر گرفته شود.
این مقاله را می توان با کارهای آتی از جنبه های مختلف افزایش داد. کار آینده می‌تواند GCPVS را از دیدگاه‌های اجتماعی-اقتصادی-محیطی تحلیل کند. از این رو، مزیت های بیشتر این فناوری برجسته می شود و افراد خصوصی و دولتی بیشتری را برای اقدام ترغیب می کند. بهینه‌سازی همچنین می‌تواند در مطالعات آینده برای یافتن اندازه بهینه GCPVS (به عنوان مثال، تعداد اینورترها و ماژول‌های PV)، طراحی (به‌عنوان مثال، تعداد رشته‌ها و ماژول‌های سری PV در هر رشته) و طرح‌بندی (مثلاً زاویه‌های زاویه و شیب) انجام شود. جداول PV) برای حداکثر تراشیدن بار اوج. علاوه بر ویژگی‌های مؤلفه‌ها و سایت GCPVS، انتظار می‌رود پروفایل بار روی راه‌حل بهینه تأثیر بگذارد.
