Subject Areas : geographical and environmental

هانیه توکلی ^{1 *} , AHMAD Khademolhoseiny ² , Amir Gandomkar ³ , Mehri Azani ⁴

1 - Islamic Azad University, Tabriz, Iran
2 - Department of Geography, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
3 - Department of Geography, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad Branch, Iran
4 - Islamic Azad University Najafabad Branch, Faculety of Human Department of Geography

Received: 2022-08-13 Accepted : 2022-12-17 Published : 2024-05-18

Keywords:

References:

References (in Persian)
Ahmadi, H., Morshedzade, J., and Azimi, F. (2016). “Solar Photovoltaic Power Planet locating Using Climatic Data and Spatial Information Systems – A Case Study of Ilam Province.” Remote Sensing and Geographic information Systems in Natural Sources. Vol.7, No.10, PP. 41-55.
Ahmadpour,A, (2014), introducing the kinds of renewable energies and studying use advantages of it. The sixth conference of renewable, pure, and efficient energies.
Pir haghshenas, V, Motazedi, A, (2011), use of renewable energies in the buildings. First national congress of wind and solar energies.
Zarei Mahmudabadi, H, (2014), new energies and environment, edited by Yazdi Mahdi, Islamic azad university, Meibod branch.
Sharestan Consultant engineers (2011)
Adebi, S, Rahmani Dizagah, M, Zahedian, R, (2015), relationship between CO2 Emission, renewable energies, fossil energy, and economic growth in Iran, third general congress of environment, energy, and biological defense, high education institute of Mehre Arvand, promotion group of environment supporters. Tehran. Iran.
Fetros, M, Aghazadeh,A, Gebrieli, S, (2010), effect of economic growth on renewable energy consumption, comparative comparison of selected member countries of economic cooperation and development of outsider (included Iran) organization, economic researches and policies quarterly periodical, 19th year, 60 no, pp 81-98.
Faraji Sabkbar, Hassan Ali, Pak Tint Mehdi Abadi, Hadi, Rahimikian, Ashkan, Ashournejad, Ghadir, (2013), Land proportionality for the construction of photovoltaic farms by combining simple weight collection systems and fuzzy inference research in Iran.
Gandomkar A, Rahimi A, (2014), potentiometric of solar power plants construction by studying the regional parameters in Isfahan province, first international conference of environment engineering.
Iran statistical center, (2011), detailed results of population and housing census 2011, Tehran: Iran statistical center
Muhammadi Nezhad, Y, (2014), pure energy necesity and requirement of third millennium, first edition, Tehran, knowledge writer (Negarandeye Danesh).
Moghari, Alireza, Tavousi, Taghi, (2013), Feasibility and zoning of places prone to the establishment of solar panels based on climatic parameters in Sistan and Baluchestan province, Journal of Energy Planning and Policy Research, Year 1, No. 1.
Noorollahi, E., Fadayi, D. Akbarpoor, M. and Ghodsipoor, S.H. (2016). “Land Suitability Analysis for Solar Farms Exploitation Using GIS and Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) - A Case Study of Iran” Energies. Vol.643, No.9, PP. 124-136.
.Nasr Isfahani, A, (2015), measure examination of renewable and nonrenewable energies consumption on Iran provinces economic growth, Islamic Azad university, Isfahan (khoorasegan) branch, M,A of economics sciences.
Rasi, A., & Alaedin, F. (2017).Location of Solar Power Plant byInvestigating Climate Parameters inQazvin Province Using TOPSIS, 4thInternational Conference onEnvironmental Planning and Management, (2,3), 1-9. (in Farsi).


Zehtab Yazdi Y, Zehtab Yazdi H, (2013), the role of renewable energies on social sustainable development, first national congress of planning, protect of environment and sustainable development.

References (in English)
Alshehry, A. S., & Belloumi, M. (2015). Energy consumption, carbon dioxide emissions and economic growth: The case of Saudi Arabia. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 237-247
Chandrasekar. B, Tara. C. Kandpal. (2010). "An Opinion Survey Based Assessment of Renewable Energy Technology Development in India". Renewable and Sustainable Energy Reviews (11): 688-701.
Kasman, A., & Duman, Y. S. (2015). CO2 emissions, economic growth, energy consumption, trade and urbanization in new EU member and candidate countries: a panel data analysis. Economic Modelling, 44, 97-103
nglesi-Lotz, Roula(2016), “The Impact of Renewable Energy Consumption to Economic Growth: A Panel Data Application”, Energy Economics, Vol. 53, pp 58–63.
Ohlan, R. 2016. Renewable and Non-Renewable Energy Consumption and Economic Growth in India. Energy Sources. No.11.pp: 1050-1054.
Pao, H.; Li, Y. (2014). Clean energy, non-clean energy, and economic growth in the MIST
countries. Energy Policy. No. 67. pp: 932–942.
Reinsberger,K.:Brudermann,T.:Hatzl,S.:Fleib,E.andA.POSCH(2015),"Photovoltaic Diffusion from the bottom-up:Analytical Investigation of Critical Factors",Applied Energy,Vo1.159,pp.178_178.
Sbia, R., Shahbaz, M., & Hamdi, H. (2014). A contribution of foreign direct investment, clean energy, trade openness, carbon emissions and economic growth to energy demand in UAE. Economic Modelling, 36, 191-197.
Wolde-Rufael,yemane(2014),"Electricity consumption and Growth in Transition countries:A Revisit Using Bootstrap panel Granger causality Analysis",energy economic,NO.44,PP.325-330.

Full-Text:



  مجله علوم جغرافيايي، دانشگاه آزاد اسلامي واحد مشهد، دوره19، شماره 45، زمستان 1402، صص 180-165

امکان سنجی احداث يك نيروگاه  متصل به شبکه فتوولتائيك بارویکرد  پایداری محیط زیست شهری (مطالعه موردی:  منطقه22 تهران)

هانیه توکلی

 دانشجوی دکترا گروه جغرافیا، واحد نجف آباد،دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران(نویسنده مسئول)

Email [e-mail]

احمد خادم الحسینی، دانشیار گروه جغرافیا، واحد نجف آباد،دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

امیرگندمکار، استادیار گروه جغرافیا، واحد نجف آباد ،دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

مهری اذانی، استادیار گروه جغرافیا، واحد نجف آباد ،دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

دريافت: 22/5/1401                          پذيرش: 26/9/1401

 

چکیده

رشد و توسعه جوامع انسانی همواره موازی با تولید و مصرف انرژی بوده است وابستگی به انرژی و به‌تبع آن رشدمصرف انرژی فسیلی، موجب افزایش مشکلات زیست‌محیطی می‌شود .بطوری که امروزه حفظ سلامت اتمسفر از مهمترین پیش شرطهای توسعه اقتصادی پایدار جهانی به شمار می آیداز این رو است که دهه های آینده بعنوان سالهای تلاش مشترک جامعه انسانی برای کنترل انتشار کربن، کنترل محیط زیست و در واقع تلاش برای تداوم انسان بر روی کره زمین خواهد بود..از این رو در این تحقیق، هدف اصلی امکانسنجی یک نیروگاه متصل به شبکه  با استفاده از انرژي خورشیدی بوده که علاوه بر تأمین برق مورد نیاز، باعث کاهش آلودگی زیست محیطی میشود. در این مقاله، ابتدا شرایط اقلیمی و تابش محل احداث نیروگاه مورد بررسی قرار میگیرد سپس ماژول و اینورتر مناسب انتخاب شده مطالعات فنی نیروگاه صورت میپذیرد در این بررسی، آرایش بهینه پنلها و اثر سایه اندازي آنها روي یکدیگر با استفاده از نرم افزار PVSystانجام گرفت نتایج به دست آمده این نیروگاه 20پنل در هشتادودو ردیف با اشغال مساحتی حدود10758متر مربع طراحی گردیدخروجي سالانه اين نيروگاه با استفاده ازنرم افزارPVSystدر حدود 3547مگاوات ساعت است در نهایت، گزارش شبیه سازيهاي انجام شده ارائه میشود.

 

کلیدواژه ها:انرژی –نیروگاه فتوولتائیک-پنل خورشیدی-اینورتر-نرم افزار PVSYST

 

 

مقدمه

رشد و توسعه جوامع انسانی همواره موازی با تولید و مصرف انرژی بوده است وابستگی به انرژی و به‌تبع آن رشدمصرف انرژی فسیلی، موجب افزایش مشکلات زیست‌محیطی می‌شود هم‌اکنون مصرف بی‌رویه انرژی‌های تجدیدناپذیر مانند زغال‌سنگ، گاز و نفت باعث تهدیدات جدی زیست‌محیطی از جمله تغییر آب‌وهوا و افزایش آلودگی هوا پدیدار شده. روند کنونی افزایش مصرف انرژی در جهان، بشر را با دو بحران بزرگ روبه‌رو نموده است. نخست، آلودگی محیط‌زیست در اثر سوزاندن سوخت‌های سنگواره‌ای و دوم شتاب در جهت پایان بردن این منابع است (‏فطرس و ‎‏براتی‎،1390، ص50).طبق آمارهای به ثبت رسیده طی 30 سال گذشته احتیاجات انرژی جهان به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش یافته است. در سال 1960 مصرف انرژی جهان معادل Gtoe  3/3 بوده است. در سال 1990 این رقم بهGtoe   8/8 بالغ گردید، که دارای رشد متوسط سالانه 3/3 درصد می باشد و در مجموع 166 درصد افزایش نشان می دهد و در حال حاضر مصرف انرژی جهان Gtoe/Year  10 بوده و پیش بینی می شود این رقم در سالهای 2010و2020 به 12 و  Gtoe/Year 14 افزایش یابد) زارعی محمودآبادی, 1393). این ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده بالا می باشد.مسایل و مشکلات زیست محیطی بطوری که امروزه حفظ سلامت اتمسفر از مهمترین پیش شرطهای توسعه اقتصادی پایدار جهانی به شمار می آیداز این رو است که دهه های آینده بعنوان سالهای تلاش مشترک جامعه انسانی برای کنترل انتشار کربن، کنترل محیط زیست و در واقع تلاش برای تداوم انسان بر روی کره زمین خواهد بودبنابراین استفاده از منابع جدید انرژی به جای منابع فسیلی امری الزامی است. سیستمهای جدید انرژی در آینده باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشد که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند انرژی بیوماس مورد استفاده قرار می گیرند. (ن‍ص‍راص‍ف‍ه‍ان‍ی ,1394)بدون تردید انرژی های تجدیدپذیر با توجه به سادگی فن آوریشان در مقابل فن آوری انرژی هسته ای از یک طرف و نیز بدلیل عدم ایجاد مشکلاتی نظیر زباله های اتمی از طرف دیگر نقش مهمی در سیستمهای جدید انرژی در جهان ایفا می کنند. در هر حال باید اذعان داشت محدودیت هایی نیز در ایران وجود دارد که می توان به هزینه اولیه و قیمت تمام شده بالا، عدم سرمایه گذاری کافی برای بومی نمودن و بهبود کارآیی تکنولوژیهای مربوطه ، به حساب نیامدن هزینه های خارجی در معادلات اقتصادی، نبود سیاستهای حمایتی در سطح جهانی، منطقه ای و محلی، نفوذ و توسعه انرژی های تجدیدپذیر را بسیار کند و محدود ساخته است اشاره کرد. (محمدی نژاد ,1393)ولی پژوهشگران و صنعتگران همواره تلاش خود را جهت رفع این مشکلات مبذول می دارند.بطور کلی عمده فعالیتهای مربوط به احداث پایلوتهای سازگار با محیط زیست با بکار بردن منابع انرژی های تجدیدپذیر علی الخصوص انرژی خورشیدی باعث شده که سیستم فتوولتائیک به عنوان یک منبع تأمین انرژی مناسب در نظر گرفته شود.فتوولتاییک  یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشیدی می‌باشد. در این روش با بکارگیری سلول‌های خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان‌پذیر می‌شود. سلول‌های خورشیدی از نوع نیمه رسانا می‌باشند که از سیلیسیوم یعنی دومین عنصر فراوان پوسته زمین ساخته می‌شوند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتاییک می‌تابد، بین دو الکترود منفی و مثبت اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آن‌ها می‌گردد. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی می توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلول های سری و موازی شده پنل فتوولتائیک می گویند. امروزه اینگونه سلول ها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه می شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می شود که در مناطق کویری کشور به فراوانی یافت می گردد.( اﺣﻤﺪﭘﻮر, 1393). بنابراین از نظر تأمین ماده اولیه این سلول ها هیچگونه کمبودی در ایران وجود ندارد.کشورمان در منطقه ای واقع شده که با داشتن حدود ٣٠٠ روز آفتابی از نظر دریافت انرژی خورشیدی در میان نقاط مختلف جهان در بالاترین رده ها قرار دارد؛ لذا استفاده از انرژیهای خورشیدی و بادی به دلایل مختلفی مانند دسترسی آسان و سهولت تبدیل شدن به انرژی الکتریکی، سازگاری با محیط زیست و تجدید پذیری، از مطلوبیت زیادی برخوردار است.محدودیت منابع فسیلی، رشد بالای مصرف سالانه انواع انرژی در ایران، خارج شدن کشورمان از جرگه صادرکنندگان نفت از اواخر قرن حاضر و بالطبع قطع درآمد های ناشی از صدرو نفت سبب می شود که در صورت عدم برنامه ریزی و پیشرفت های لازم، روند توسعه کشور به طور جدی تحت تاثیر قرار گیرد.عدم کارایی فنی و اقتصادی و هدر رفتن حدود 55 درصد از کل انرژی در فرآیندهای مصرف و مشکلات فزاینده زیست محیطی ناشی از آن، ضرورت مدیریت مصرف و بالا بردن بازده و بهره وری انرژی را بیش از پیش آشکار می کند.

 این مساله به ضرورت وجود یک الگوي بهینه جهت توسعه استفاده از انرژيهاي تجدیدپذیربالااخص انرژی خورشیدی تأکید میکند.از این رو در این تحقیق، هدف اصلی طراحی الگوي بهینه نیروگاه فتوولتائیک با استفاده از انرژي خورشیدی بوده که علاوه بر تأمین برق مورد نیاز، باعث کاهش آلودگی زیست محیطی میشودفرضیه های اصلی تحقیق به قرار زیر است:

_منطقه 22شهر تهران پتانسیل احداث نیروگاه فتوولتائیک را دارد.

_احداث نیروگاه فتوولتائیک در منطقه 22 تهران درکاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای کمک می‌کند.

پس ازبیان ضرورت استفاده از انرژيهاي تجدیدپذیر و بررسی مطالعات انجام شده در این زمینه، به ارائه الگوي بهینه تولید برق از انرژي خورشیدي پرداخته شده است در راستاي این هدف، بعد از بیان ضرورت توسعه انرژيهاي تجدیدپذیر و مروري بر ادبیات تحقیق،روش تحقیق بیان شده، سپس امکانسنجی وطراحی نیروگاه به وسیله نرم افزارpvsy، شبیه سازي شده و در پایان مقاله، تجزیه و تحلیل نتایج صورت گرفته است.

احمدي و همکاران ( 1395 ) در مطالعه اي در استان ايلام مکان مناسب نیروگاه خورشیدي را با توجه به معیار و گزينه هاي مختلف از قبیل اقلیمي (دما، تابش، بارش،ساعت آفتابي، تبخیر)، توپوگرافي (ارتفاع، شیب، جهت شیب، فاصله از گسل)، محیطزيست (کاربري اراضي،رودخانه ها)و محیط انساني (محدوده مسکوني، راهها)در محیط سیستمهاي اطلاعات جغرافیايي و با استفاده ازفرآيند مدل سلسله مراتبي تعیین کرده اند.

موقري و طاووسي (1392 ) تحقیقي را باهدف پهنه بندي و مکانيابي نقاط مستعد براي استقرار صفحات خورشیدي با تکیه بر متغیرهاي اقلیمي در استان سیستان و بلوچستان انجام داده اند. داده هاي مورد استفاده در اين تحقیق به صورت نقشه هاي رستر از مجموع ساعات آفتابي سالانه، تعداد روزهاي ابري در سال، تعداد روزهاي باراني، تعداد روزهاي گردوغباري، میانگین سالانه رطوبت نسبي،ارتفاع و مجموع بارندگي سالانه به عنوان مهمترين عوامل اقلیمي مؤثر بر میزان تابش خورشیدي در محیط نرم افزاري واردشده است و با استفاده از مدل همپوشاني، نقشه موردنظر به دست آمده است.

فرجي سبک بار و همکاران ( 1392) در پژوهشي مطالعه جامعي را در رابطه با شناسايي مناطق مستعد و باپتانسیل بالا براي احداث نیروگاههاي فتوولتائیک در ايران ارائه کرده اند. براي انجام اين پژوهش، در گام نخست پس از تعیین محدوده موردبررسي، معیارهاي مؤثر در پتانسیل سنجي به کمک مطالعات پیشین و روش دلفي استخراج شده است. در گام بعد، از روش تصمیم گیري آزمايشي و تحلیلي  براي پیادهسازي ساختار شبکه و ازمدل فرآيند تحلیل شبکه اي نیز، براي وزندهي معیارهااستفاده شده است. در ادامه، روش فرا ابتکاري اره ماهي براي تلفیق نتايج به کار گرفته شده است. نتايج همچنین نشان داد سه استان يزد، کرمان، خراسان جنوبي، به ترتیب داراي بهترين پتانسیل براي احداث نیروگاههاي فتوولتائیک هستند.

نوراللهي و همکاران (1394 ) در پژوهشي به پتانسیل سنجي کشور ايران ازلحاظ اماکن مناسب جهت تأسیس

نیروگاههاي خورشیدي پرداختند. آنها در مرحله اول،نقشه ناحیه هاي نامناسب بر اساس محدوديتهاي تعريف

شده را استخراج کردند. در مرحله بعدي، به منظور شناسايي مناطق مناسب، 11 معیار تعريفشده، ازجمله

تابش خورشیدي، دماي متوسط سالانه، فاصله از خطوط انتقال قدرت، فاصله از جادههاي اصلي، فاصله از مناطق مسکوني، ارتفاع، شیب، کاربري زمین، متوسط سالیانه روزهاي ابري، رطوبت متوسط سالیانه و میانگین سالیانه روزهاي گردوغباري را شناسايي شده است. آنها وزن نسبي معیارهاي تعريفشده را با استفاده از روش فرآيند تحلیل سلسله مراتبي فازي تعیین کردند.

راسی و علاءالدین( 1396) بهم نظور مکانیابی نیروگاه خورشیدی، متغیرهای اقلیمی استان قزوین را به کمک

روش تاپسیس 1 بررسی نمودند. آنان 5 ایستگاه (قزوین،آوج، معلم کلایه، تاکستان، بوئین زهرا) و هشت شاخص (عرض و طول جغرافیایی، ارتفاع، بارندگی، رطوبت نسبی،ساعت آفتابی، روز ابری، روز غبارناکی) را بررسی سپس اقدام به مقایسه و اولویتبندی مناطق پیشنهادی نمودند.در آخر، یک ایستگاه به عنوان اولویت اول انتخاب شد.

گندمکار ورحیمی1393 نیز با استفاده از GISپتانسیل سنجی احداث نیروگاههای خورشیدی را با بررسی پارامترهای اقلیمی در سطح استان اصفهان بررسی نموده اند.در این پژوهش با تحلیل ساعات آفتابی به عنوان مهمترین پارامتر در بهره برداری از انرژی خورشیدی وپارامترهای موثر بر ساعات آفتابی شامل ابرناکی,روزهای گردوخاک,رطوبت نسبی ,ارتفاع وبارش سالانه مکان های مناسب برای احداث نیروگاه مشخص شده است.

خواجه صالحانی و همكاران1390در مقاله اي با عنوان "تأمين برق مبتنی بر انرژي خورشيدي با ستفاده از صفحات فتوولتائيک و کاربردهاي جدید آن" با اشاره به اینکه سلولهاي خورشيدي قادرند معادل 5 تا 20 درصد انرژي خورشيدي را مستقيما به الكتریسته تبدیل کنند، به اهميت نورخورشيد در جایگزینی انرژي اشاره کرده اند. محققان استفاده از سلولهاي فتوولتائيک و صافحات نوري در ساخت قطعات جاده اي را مناسب دانسته اند، به طوريکه استفاده از این صفحات علاوه برمزایاي ارزشمندي که در زمينه الكتریسيته دارد، باعث ا فازیش مقاومت آسافالت سطح جاده ها مخصوصا در زمان فشار ترافيک میشود.

مهديزاده و فرزام1386در مطالعه خود به توجيه فنی- اقتصادي احداث یک نيروگاه به ر وش برج خورشيدي در ایران پرداخته اند . بار خورشيدي یكی از روش هاي توليد برق از انرژي خورشيد میباشد. مطالعات انجام شده در این مقاله نشان داد که احداث این نيروگاه در ایران ازنظر فنی و اقتصادي امكانپذیر میباشد. مناطق مرکزي و جنوبی ایران با توجه به ميزان کافی تشعشع خورشيدي کاملا مناسب بوده و قيمت تمام شده برق این نيروگاه براي مقياسهاي بزرگ با توجه به نرخ آزاد برق مندرج در قانون بودجه سال 1387 کل کشور و همچنين افزایش نرخ خریدبرق براي سالهاي آتی از نيروگاههاي تجدیدپذیر، در ایران مقرون به صرفه میباشد.

اشرودر و چاپمن2014 در مقاله ای با عنوان انرژی تجدیدپذیر خزنده در توسعه شهری چین در وضعیت فعلی و چشم انداز بیان می کنند که استفاده ار فن آوری برق تجدیدپذیر در شهرستانها یه عنوان یک عنصر حیاتی نتایج قابل توجهی بویژه از لحاظ انتشار کربن شهری در محیط زیست شهری دارد.

شنگ چانگ2011 در مقاله خود پتانسيل انرژي خورشيد در مصارف خانگی را براي کشور تایوان مورد ارزیابی قرار داده است. در این مقاله مزایا و موانع استفاده از انرژي تجدیدپذیر مدنظر قرار گرفته و این نتيجه به دست آمدکه بازار و مشوق هاي سرمایه گذاري از فاکتورهاي تأثيرگذار بر مولدهاي برقی خورشيدي در تایوان هستند.

روش پژوهش

فرصت ها و زمینه های بالقوه رشد، تقاضای بالا برای توسعه زیر ساخت ها و سابقه نسبتا" کوتاه، منطقه 22 تهران را در پهنه پایتخت از موقعیت خاصی برخوردار نموده است. این شرایط تصویری از محدوده شمال غربی تهران در نقشه جامع شهر تر سیم کرده که در آن منطقه به عنوان آخرین فرصت شهر تهران برای ایجاد الگوی مناسب و بهینه زندگی شهری معرفی شده است. منطقه ۲۲ شهرداری تهران بین طولهای شرقی "۱۰ َ۵ ۵۱ تا "۴۰ َ۲۰ ۵۱ و عرضهای شمالی "۱۶ َ۳۲ ۳۵ تا "۱۹ َ۵۷ ۳۵ در قسمت شمال غربی شهر تهران و با وسعتی 6 هزار هکتار محدوده شهری و 18000 هکتار حریم شهر است، بعبارتی یک هفتم مساحت شهر تهران را تشکیل می دهد. در پایین دست حوضه آبریز رودخانه کن و وردیج واقع شده است. این منطقه در شمال با کوهستان البرز مرکزی، در شرق با حریم رودخانه کن, در جنوب با آزاد راه تهران- کرج و در غرب با محدوده جنگل های دست کاشت وردآورد محدود می گردد و با مناطق ۵ و ۲۱ شهرداری تهران همجوار است به این ترتیب مرز شمالی منطقه ۲۲ شهرداری تهران تا منتهی الیه دامنه های جنوبی البرز تا ارتفاع ۱۸۰۰ متری توسعه یافته است.

 

شکل1. محدوده مورد مطالعه منطقه 22 تهران

منبع:نگارندگان

همانگونه که از آمار ارائه شده توسط مرکز آمار ایران مشخص می باشد، خانوارهای ساکن در منطقه 22 در فعالیت های مختلف مصرف کننده سوخت در بخش خانگی و ساختمان 29389 خانوار از مجموع 2268742 خانوار تهران میباشند که حدود 3/1 % کل خانوارهای مصرف کننده سوخت بخش خانگی تهران را تشکیل میدهند. اما در بین منابع سوخت تامین کننده انرژی جایی برای انرژی های تجدیدپذیر در نظر گرفته نشده است.

جدول 1. مصرف برق در طی 4فصل در منطقه 22تهران

فصل	مصرف خانگی	مصرف خانگی منطقه 22تهران
تابستان	764کیلووات ساعت	42105کیلووات ساعت
پاییز	615کیلووات ساعت	33894کیلووات ساعت
زمستان	490کیلووات ساعت	27005کیلووات ساعت
بهار	554کیلووات ساعت	30532کیلووات ساعت

 

تشریح روند شبیه سازی

سيستم فتوولتا ئيك متصل به شبكه شامل مجموعه اي از اجز اي متشكل از آرایه فتوولتائیک، اينورتر و تجهيزات ارتباط با شبكه تعريف شده است. قانون اول در اين سيستم آن است كه همه رشته ماژولهاي متصل به ورودي اينورتر یا ورودي ردياب نقطه بيشينه توان (MPPT) بايد همگن باشند.

گام اول: امکان سنجی انتخاب مکان نیروگاه خورشیدی است مهم ترین پارامتر میزان تابش سالانه بر حسب کیلو وات ساعت در هر متر مربع است  با توجه به خروجی نرم افزارMeteosyn  تهران با تابش 1816 ,ومنطقه 22تهران با تابش 1814 شرایط مناسبی را دارد. برای طراحی دقیق ازاطلاعات جغرافیایی منطقه 22 تهران( طول و عرض و ارتفاع از سطح )در  شکل -2استفاده شده است.نیروگاه خورشیدی مورد نیاز که برای این منطقه در نظر گرفتیم, 2مگاواتی دو آرایه 500کیلوواتی تعریف شده است پس از انتخاب سایت جغرافیایی نصب سیستم مورد بررسی قرار می گیرد.

 

 

 

شکل 2. اطلاعات تابش منطقه 22 تهران

 

 

 

 

شکل3. اطلاعات جغرافیایی منطقه 22تهران

گام دوم:انتخاب مدل ماژول 

برند ماژول با توجه به بررسي هاي بعمل آمده، از يك شركت آلمانی انتخاب شده است . اما درباره توان انتخاب ي پنل هابايد توجه داشت كه بنا به دلايلي نظیر كاهش قيمت بر اي هر وات ماژول، كاهش مساحت اشغال شده ، سهولت تعمیر ونگهداري و عيب يابي، كاهش اتصالات ماژولها، كاهش وزن ماژولها و روند انتخاب نيروگاههاي جهان ، توان بالاتراز 305وات منوکریستالی انتخاب شده است.

جدول2. اطلاعات پنل ها

نام شرکت و مدل	LG305N1C-B3
بازده	15.16
ماکزیمم توان	250.1
ماکزیمم ولتاژ	30.9
ماکزیمم جریان	8.10
ولتاژ مدار باز	37.80
جریان اتصال کوتاه	8.60

 

برای هر کدام از آرایه های سلول خورشیدی از یک اینورتر مشابه(Bosch Power Tec GmbH) 500 کیلوواتی انتخاب شده است که نمودار راندمان این اینورتر به صورت شکل3 است.

 

 

شکل 4. نمودار راندمان اینورتر(SMA)

گام سوم بررسی اثر سایه:

جدول 3 زیر مقادیر سایه برای سیستم طراحی شده را نشان می دهد.این نتایج مربوط به روز 21ام دسامبر می باشد همانگونه که مشاهده می شود اثر سایه تقریبا تا 10 درجه برابر صفر بوده که دلیل آن انتخاب بهینه فاصله ها می باشد.

جدول 3. مقادیر مختلف سایه برای موقعیت های مختلف

º180

º160

º140

º120

º100

º80

º60

º40

º20

º0

º20ـ

º40ـ

º60ـ

º80ـ

º100ـ

º120ـ

º140ـ

º160ـ

º180ـ

Azimuth Height

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.028 0.056 Behind   Behind   Behind

0.000 0.000 0.000 0.000 0.00 0.013 0.026 Behind   Behind   Behind

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.010 0.045 0.080 Behind   Behind

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.004 0.022 0.041 Behind

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.028 0.031 0.004 0.000 0.047

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.007 0.035 0.002 0.006 0.348

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.042 0.336

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.009 0.238 0.523

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.049 0.411 0.806

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.009 0.238 0.806

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.042 0.336

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.006 0.348

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.047

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.004 0.047 0.090 Behind

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.003 0.048 0.093 Behind   Behind

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.030 0.060 Behind   Behind   Behind

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.028 0.056 Behind   Behind   Behind

º90 º80 º70 º60 º50 º40 º30 º20 º10 º2

 

اثر سایه این روز نیز به صورت نمودار شکل5 می باشد می توان دریافت که از ساعت 8 صبح تا 16 بعدظهر مقدار سایه تقریبا صفر می باشد.

 

شکل 5. اثرسایه درساعات مختلف روز

گام چهارم :نمودارپراکندگی که نشان دهنده میزان کیفیت سیستم وعناصر به کاررفته را نشان می دهد به صورت تقریبا خطی درآمده و با وجود سایه کمترین اثر پراکندگی در آن مشاهده می شود.

 

شکل 6. پراکندگی ورودی خروجی سیستم طراحی شده

به منظور این که درک بهتری از میزان تلفات سیستم خورشیدی وجود داشته باشد نمودار ضریب عملکرد و انرژی تولیدی در زیر ارائه شده است .در نمودار5 ضریب عملکرد سیستم برای ماه های مختلف سال نمایش و محاسبه شده است و شکل 7 نیز بازده مفید و مقدار تلفات و انرژی تولیدی سیستم را نشان می دهد.

 

شکل 7. ضریب عملکرد سیستم برای ماه های مختلف سال

 

شکل 8. انرژی تولیدی تلفات درقسمت های مختلف سیستم در ماه های مختلف سال

 

 

جدول 4. ضریب عملکرد و انرژی تولیدی

EffSysR %	EffArrR %	E-Grid MWh	EArray MWh	GolbEff Kwh/m2	Golblnc Kwh/m2	T Amb ºC	GolbHor Kwh/m2
17.20 16.88 16.46 15.96 15.59 15.13 14.89 14.87 15.11 15.79 16.72 17.26	17.58 17.25 16.82 16.31 15.94 15.47 15.22 15.20 15.44 16.13 17.08 17.64	261.6 254.2 298.0 308.9 325.2 321.6 322.7 333.8 324.5 296.9 268.0 231.8	267.3 259.8 304.5 315.6 332.4 328.8 329.9 341.1 331.5 303.3 273.8 237.0	138.3 136.9 163.8 174.6 187.4 190.9 194.8 202.5 194.4 170.8 145.7 122.1	141.4 140.0 168.3 179.9 193.9 197.6 201.4 208.6 199.6 174.8 149.0 124.9	4.15 7.13 12.79 17.47 23.21 28.18 31.12 30.62 25.98 20.26 11.54 5.84	86.3 99.2 139.4 170.3 206.5 221.5 220.3 206.0 170.7 127.3 94.1 75.6	January February March April May June July August September October November December
15.86	16.21	3547.2	3625.0	2022.2	2079.3	18.25	1817.1	year

 

 

شکل 9. نمودار تلفات كل نيروگاه از تابش تا تزريق انرژي به شبكه

گام پنجم : شکل 9 تلفات كل سيستم از زمان دريافت انرژي تابشي بر واحد سطح افق در محل نيروگاه تا ميزان تزريق انرژي به شبكه را درطول يك سال نشان مي دهد كه ب يشترين تلفات به علت راندمان پانل ها در شرايط استاندارد و درجه حرارت محيط مي باشد. دريافت انرژي مجموعه پانل ها4054مگاوات ساعت در مجموعه نيروگاه بوده كه پس از كسر تلفات سيستمي 3547مگاوات ساعت در زمان تزريق به شبكه رسيده است.در حال حاضر در ایران 700 گرم دی‌اکسیدکربن به‌ازای تولید هر کیلووات ساعت برق تولید می شود که 100 گرم بیشتر از استانداردهای بین المللی است و طبق نظر اژانس بین المللی انرژی 600 گرم نرمال نیز باید تا سال 2050 باید به 200 گرم کاهش یابد.به ازاء تولید یک مگاوات ساعت انرژی از طریق سوختهای فسیلی در روز 565 کیلو گرم گاز co2تولید می شود.که با توجه به عدم تولید هر گونه آلاینده توسط نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک در سال حداقل به میزان 1237 تن از تولید این آلاینده جلوگیری به عمل می آید.

 

شکل 10.میزان دی اکسید کربن save شده

نتیجه گیری

استفاده از انرژيهاي تجديدپذير از جمله انرژي خورشیدي ميتواند به اهداف مدیریت شهری از جمله تنوع بخشي از انرژي، استفاده از منابع انرژي محلي، کاهش اثرات زيست محیطي و در نهايت توسعه پايدار بخش انرژي کمک کند. با توجه به روند رو به رشد سرمايه گذاري در نیروگاههاي خورشیدي، شناسايي بهترين مکان براي بهره برداري از انرژي خورشیدي ميتواند مهمترين گام در توسعه اين صنعت باشد. هدف اصلی طراحی الگوي بهینه نیروگاه فتوولتائیک با استفاده از انرژي خورشیدی بوده است. در این مقاله اقلیم جغرافیایی و تابشی منطقه 22تهران مورد مطالعه قرارگرفت. نتایج، حاکی از تابش و شاخص وضوح مساعد منطقه جهت احداث نیروگاه بودروشي اجرايي براي انتخاب ابعاد بهينه اجزاي نيروگاه فتوولتائيك با در نظر گرقتن قيود حاكم بر اجز اي نيروگاه نظير ولتاژ و توان خروجي ماژول، محدوده ولتاژ و جريان ورودي اينورتر پيشنهاد شد. باطراحی این نیروگاه می توان این انرژی مصرفی را تامین کرد.انرژی خورشیدی مقدار قابل توجه ای صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی در نیروگاه های تولید انرژی کرده است .زمین به موجب چرخه طبیعی و سوزاندن سوختهای فسیلی در حال گرم شدن است. سوزاندن سوختهای فسیلی، دی اکسیدکربن را به عنوان یک محصول جانبی احتراق منتشر می کند. دی اکسیدکربن اغلب به دلیل اینکه یکی از گازهای اتمسفر است که مانع انتقال انرژی گرمایی نزدیک سطح زمین به سطوح بالاتر می شود، به عنوان یک عامل مداخله گراثر گلخانه ای را افزایش داد و دما را بالا می برد نیروگاه های فتوولتائیک در کاهش co2 بسیار موثر هستند که هم باعث صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی علاوه بر کاهش در هزینه های حاصل از تولید و انتقال آن ها باعث کاهش آلاینده های هوا مانندco2,so2,coوغیره می گردند.در طراحی این نیروگاه رقم قابل چشمی 3427تن co2ذخیره می شود .با توجه به اینکه توسعه پایدار، توسعه ای است کیفی و متوجه کیفیات که هدف از آن بالا بردن سطح کیفیت زندگی شهروندان می باشد می توانیم با طراحی نیروگاه های خورشیدی ,بادی,زیست توده به پایداری محیط زیست شهری کمک فراوانی کنیم.

 

 

منابع

References (in Persian)

Ahmadi, H., Morshedzade, J., and Azimi, F. (2016). “Solar Photovoltaic Power Planet locating Using Climatic Data and Spatial Information Systems – A Case Study of Ilam Province.” Remote Sensing and Geographic information Systems in Natural Sources. Vol.7, No.10, PP. 41-55.

Ahmadpour,A, (2014), introducing the kinds of renewable energies and studying use advantages of it. The sixth conference of renewable, pure, and efficient energies.

Pir haghshenas, V, Motazedi, A, (2011), use of renewable energies in the buildings. First national congress of wind and solar energies.

Zarei Mahmudabadi, H, (2014), new energies and environment, edited by Yazdi Mahdi, Islamic azad university, Meibod branch.

Sharestan Consultant engineers (2011)

Adebi, S, Rahmani Dizagah, M, Zahedian, R, (2015), relationship between CO2 Emission, renewable energies, fossil energy, and economic growth in Iran, third general congress of environment, energy, and biological defense, high education institute of Mehre Arvand, promotion group of environment supporters. Tehran. Iran.

Fetros, M, Aghazadeh,A, Gebrieli, S, (2010), effect of economic growth on renewable energy consumption, comparative comparison of selected member countries of economic cooperation and development of outsider (included Iran) organization, economic researches and policies quarterly periodical, 19th year, 60 no, pp 81-98.

Faraji Sabkbar, Hassan Ali, Pak Tint Mehdi Abadi, Hadi, Rahimikian, Ashkan, Ashournejad, Ghadir, (2013), Land proportionality for the construction of photovoltaic farms by combining simple weight collection systems and fuzzy inference research in Iran.

Gandomkar A, Rahimi A, (2014), potentiometric of solar power plants construction by studying the regional parameters in Isfahan province, first international conference of environment engineering.

Iran statistical center, (2011), detailed results of population and housing census 2011, Tehran: Iran statistical center

Muhammadi Nezhad, Y, (2014), pure energy necesity and requirement of third millennium, first edition, Tehran, knowledge writer (Negarandeye Danesh).

Moghari, Alireza, Tavousi, Taghi, (2013), Feasibility and zoning of places prone to the establishment of solar panels based on climatic parameters in Sistan and Baluchestan province, Journal of Energy Planning and Policy Research, Year 1, No. 1.

Noorollahi, E., Fadayi, D. Akbarpoor, M. and Ghodsipoor, S.H. (2016). “Land Suitability Analysis for Solar Farms Exploitation Using GIS and Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) - A Case Study of Iran” Energies. Vol.643, No.9, PP. 124-136.

.Nasr Isfahani, A, (2015), measure examination of renewable and nonrenewable energies consumption on Iran provinces economic growth, Islamic Azad university, Isfahan (khoorasegan) branch, M,A of economics sciences.

Rasi, A., & Alaedin, F. (2017).Location of Solar Power Plant byInvestigating Climate Parameters inQazvin Province Using TOPSIS, 4thInternational Conference onEnvironmental Planning and Management, (2,3), 1-9. (in Farsi).

 

 

Zehtab Yazdi Y, Zehtab Yazdi H, (2013), the role of renewable energies on social sustainable development, first national congress of planning, protect of environment and sustainable development.

 

References (in English)

Alshehry, A. S., & Belloumi, M. (2015). Energy consumption, carbon dioxide emissions and economic growth: The case of Saudi Arabia. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 237-247

Chandrasekar. B, Tara. C. Kandpal. (2010). "An Opinion Survey Based Assessment of Renewable Energy Technology Development in India". Renewable and Sustainable Energy Reviews (11): 688-701.

Kasman, A., & Duman, Y. S. (2015). CO2 emissions, economic growth, energy consumption, trade and urbanization in new EU member and candidate countries: a panel data analysis. Economic Modelling, 44, 97-103

nglesi-Lotz, Roula(2016), “The Impact of Renewable Energy Consumption to Economic Growth: A Panel Data Application”, Energy Economics, Vol. 53, pp 58–63.

Ohlan, R. 2016. Renewable and Non-Renewable Energy Consumption and Economic Growth in India. Energy Sources. No.11.pp: 1050-1054.

Pao, H.; Li, Y. (2014). Clean energy, non-clean energy, and economic growth in the MIST

countries. Energy Policy. No. 67. pp: 932–942.

Reinsberger,K.:Brudermann,T.:Hatzl,S.:Fleib,E.andA.POSCH(2015),"Photovoltaic Diffusion from the bottom-up:Analytical Investigation of Critical Factors",Applied Energy,Vo1.159,pp.178_178.

Sbia, R., Shahbaz, M., & Hamdi, H. (2014). A contribution of foreign direct investment, clean energy, trade openness, carbon emissions and economic growth to energy demand in UAE. Economic Modelling, 36, 191-197.

Wolde-Rufael,yemane(2014),"Electricity consumption and Growth in Transition countries:A Revisit Using Bootstrap panel Granger causality Analysis",energy economic,NO.44,PP.325-330.