تولید برق به روش هیبریدی خورشیدی – بادی

3 فوریه , 2019

آنچه در این مطلب می خوانید:

ترکیب انرژی خورشید و باد برای تولید برق، روشی متفاوت برای تولید انرژی پاک از دو منبع انرژی تجدیدپذیر و تمام‌ نشدنی است. به این نوع تولید انرژی از دو یا چند منبع، روش هیبریدی می‌گویند. سیستم‌های هیبریدی بطور همزمان از پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی برای تولید برق، استفاده و برق تولید شده را در باتری ذخیره می‌کنند.

نا متعادل بودن منابع انرژی تجدیدپذیر به این معنا که در هر ساعت از روز یا در هر روزی از سال، دسترسی کامل به آن‌ها ممکن نیست، مهمترین دلیل استفاده از سیستم‌ های هیبریدی برای تأمین انرژی است. یک سیستم هیبریدی متناسب با شرایط منطقه‌ای است که در آن منطقه، نور خورشید و باد تغییرات فصلی دارند. از آن‌جایی که باد در طول روز و نور خورشید در طول شب در دسترس نیستند، سیستم هیبریدی انتخاب مناسب‌تری نسبت به سیستم تک منبعی خواهد بود.

در برخی مناطق، فراوانی نور خورشید و در برخی مکان‌ها فراوانی وزش باد وجود دارد. داشتن سیستم هیبریدی امکان بهره‌ بردن از مزایای هر نوع شرایط آب‌ و هوایی را فراهم می‌کند. از طرفی در بسیاری از مناطق، سرعت باد در فصل تابستان کم است و بالعکس نور خورشید به مدت زیاد و طولانی می‌تابد. در فصل زمستان نور خورشید کمتر در دسترس است و بالعکس بادها با شدت بیش‌تری می‌وزند. چون نقطه اوج انرژی حاصل از این دو منبع، در زمان‌ های متفاوتی از روز یا سال اتفاق می‌افتد، داشتن یک سیستم هیبریدی برای تولید برق در زمان‌های مختلف، منطقی‌تر به نظر می‌رسد. لازم به ذکر است که قابلیت اطمینان یک سیستم هیبریدی به علت وجود نور خورشید در ساعات روز و وزش باد در ساعات شب نسبت به یک سیستم تک منبعی بسیار بالاتر است.

بر طبق نظر بسیاری از کارشناسان در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر، یک سیستم‌ هیبریدی کوچک که تکنولوژی‌های صفحات خورشیدی و توربین‌ های بادی را با هم ترکیب می‌کند، مزایای متعددی نسبت به یک سیستم معمول که از یک تکنولوژی و منبع انرژی استفاده می‌کند، دارد.

مزایای سیستم هیبریدی خورشیدی – بادی

زمانی‌که یکی از منابع خورشید یا باد در دسترس نباشد (روزهای ابری یا روزهای آرام و بدون وزش باد مناسب)، سیستم‌ هیبریدی همچنان توانایی تولید برق از منبع دیگر را خواهد داشت.
روزهایی که هر دو منبع خورشید و باد حضور دارند، باتری تعبیه‌ شده در سیستم سریعتر شارژ خواهد شد.
در مقایسه قیمت‌‌ها، قیمت اولیه پنل‌های خورشیدی بالاتر از توربین بادی است. برای کاهش هزینه‌ها در یک سیستم هیبریدی، می‌توان تعداد پنل‌ های خورشیدی را نسبت به توربین‌های بادی کاهش داد و البته همچنان همان خروجی مورد انتظار در تولید برق را به‌ دست آورد.
پنل‌های خورشیدی تعمیر و نگهداری زیادی لازم ندارد و توربین‌ها نیز تنها نیازمند بازبینی‌های دوره‌ای هستند تا قسمت‌های چرخان و متحرک آنها مورد بررسی قرار گیرد.

اجزای تشکیل‌ دهنده سیستم هیبریدی:

• پنل‌های خورشیدی:

صفحات Photovoltaic که جاذب نور خورشید هستند و انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند. چگونگی کار صفحات خورشیدی در مطالب دیگر همین بخش در حوزه انرژی‌ های تجدیدپذیر، به‌ تفصیل بیان شده است.

• توربین بادی:

توربین‌ هایی در ابعاد کوچک برای مصرف خانگی، کشاورزی‌ها و شرکت‌های کوچک، که انرژی باد را با چرخش پره‌های خود به انرژی مکانیکی و از طریق ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. توربین‌های بادی از محدوده 50 وات تا 4-3 مگاوات در دسترس هستند.

در رابطه با توربین‌های بادی نیز مطلبی در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر عنوان شده است.

• باتری:

همان‌طور که ذکر شد، باتری یک سیستم هیبریدی وظیفه ذخیره انرژی تأمین شده از هر دو منبع نور خورشید و باد را بر عهده دارد. با اتصال چند باتری به صورت سری یا موازی،‌ می‌توان به ظرفیت دلخواه در تولید توان دست یافت. باتری‌ های یک سیستم هیبریدی، علاوه بر ذخیره انرژی، کار تأمین انرژی ساختمان را در غیاب انرژی‌های خورشیدی و بادی نیز بر عهده دارند.

• معکوس‌کننده (Inverter):

معکوس کننده مداری است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) برای استفاده دستگاه‌ها و تجهیزات تبدیل می‌کند.

• میکروکنترلر:

میکروکنترلر با مقایسه ورودی هر دو منبع و فرستادن یک سیگنال به بخش کنترلی، کار کنترل جریان ورودی به سیستم را بر عهده دارد تا ضمن اعلام شارژ شدن کامل باتری از آسیب‌ دیدن آن جلوگیری کند.

در کنار مزایای متعدد سیستم‌های هیبریدی خورشیدی – بادی، مشکلاتی نیز سر راه این سیستم‌ ها و این‌گونه تأمین انرژی وجود دارد که از آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

معایب سیستم‌های هیبریدی

شرایط هوایی غیر قابل پیش بینی هستند و یک سیستم هیبریدی به عنوان منبع اولیه تولید انرژی، در شرایط بحرانی مانند نبود نور خورشید و وزش باد در طول چند روز، جوابگوی نیاز یک خانه نخواهد بود.
اندازه پنل‌‌ها و توربین‌ یک سیستم هیبریدی باید طوری باشد که انرژی الکتریسیته لازم را برای ذخیره در باتری تولید کنند. اگر انرژی از مقدار لازم کمتر تولید شود،‌ باتری در شرایط مناسب آب‌ و هوایی به طور کامل شارژ نخواهد شد و اگر بیش‌تر از مقدار کافی، انرژی تولید شود، مقدار مازاد انرژی به‌ راحتی تلف خواهد شد.
صفحات خورشیدی نیازمند فضای لازم هستند تا بطور کامل در معرض نور خورشید قرار گیرند و توربین‌های بادی نیز باید بدون وجود مانعی در مسیر جریان باد باشند. بنابر این فضای زیاد لازم برای قرار دادن سیستم‌ هیبریدی ممکن است از زیبایی منظره یک ساختمان بکاهد.
پره‌ های توربین بادی در جریان‌ های هوایی شدید ممکن است صدای زیادی تولید کنند.

ملاحظات سیستم‌های هیبریدی

سیستم‌ هیبریدی باید طوری طراحی شود تا بیش‌ترین انرژی تولید شده از هر دو منبع را دریافت و ذخیره کند. همان‌طور که ذکر شد، این سیستم‌ها نیازمند کنترل‌ کننده‌های هستند تا هنگامی‌که هر دو منبع بیشترین توان خود را تولید می‌کنند، جریان را متوقف کنند؛ زیرا جریان بیش‌ از حد به دستگاه آسیب جدی خواهد زد. این واحد کنترلی باید یک مدار خودکار قطع‌ کننده جریان داشته باشد تا از آسیب‌ دیدن باتری پر شده جلوگیری کند.

از دیگر ملاحظات یک سیستم هیبریدی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

•   صفحات خورشیدی باید در محیطی باز، بدون سایه و مانع باشند.
•   توربین بادی باید در مکانی امن و به اندازه کافی بلند نصب شود تا به‌درستی در معرض جریان باد قرار گیرد.
•   توربین بادی نباید بر صفحات خورشیدی سایه بیندازد.
•   در هنگام تعمیر و نگهداری بخش مربوط به یک منبع، همة سیستم باید قطع شوند، چون ممکن است منبع دیگر در حال تولید جریان برق باشد.
•   سیم‌ها باید به‌اندازة کافی ضخیم باشند تا توانایی حمل بیش‌ترین جریان تولیدشده از هر دو منبع را داشته باشند.

سخن آخر اینکه، اگر شرایط محیطی شما از لحاظ تابش نور خورشید و وزش باد مطلوب است، یک سیستم هیبریدی خورشیدی – بادی می‌تواند نیاز شما به برق و انرژی‌های دیگر داخل ساختمان را به خوبی برآورده کند.

مطالب مرتبط پیشنهادی:

تکنولوژی تولید برق از دو منبع انرژی متفاوت، تنها با یک دستگاه

برنامه ریزی برای استفاده از سیستم انرژی تجدیدپذیر در ساختمان

مزایا و معایب توربین های بادی خانگی

منابع:

https://www.solarpoweristhefuture.com/combination-solar-wind-power.shtml

https://www.energy.gov/energysaver/buying-and-making-electricity/hybrid-wind-and-solar-electric-systems

http://windandsolarhybrid.com/product/my-solarmill-blue/

http://www.rroij.com/open-access/solar-pvwind-hybrid-powergeneration-system.php?aid=42426

در انتها:

لطفا نظرات خود را در خصوص مطلب فوق در پایین صفحه درج نمایید و اگر می خواهید دیگران نیز این مطلب را بخوانند از طریق شبکه های اجتماعی روبرو، آن را با دوستان و آشنایان خود به اشتراک بگذارید و یا ارائه هر گونه انتقاد و پیشنهاد به بخش مشاوره فنی و مهندسی کارگشا مراجعه فرمایید.