مدل‌سازی دینامیک سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه و ارزیابی فنی-اقتصادی آن‌ها تحت سناریوهای مختلف در بخش خانگی چند شهر بزرگ ایران

نویسنده

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

پژوهش حاضر به مدل‌سازی و تحلیل فنی و اقتصادی سیستم‌های فتوولتائیک تولید پراکنده متصل به شبکه برای استفاده در بخش خانگی شهرهای اصفهان، بندرعباس، تبریز، تهران، شیراز و یزد می‌پردازد. مدل‌سازی به‌صورت دینامیک و با استفاده از داده‌های ساعتی هواشناسی و توزیع ساعتی تقاضای برق انجام شده است. اثر سیاست‌های قیمتی و مشوق‌های دولتی در اقتصاد سیستم‌های فتوولتائیک تحت شش سناریوی متفاوت بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد میزان برق تولیدی سیستم یک کیلوواتی با زوایای ثابت در محدودۀ 1437ـ۱۵۳۶ کیلووات ساعت می‌باشد که با اعمال سیاست مترینگ خالص، فقط حدود 1/44ـ4/49% از آن به شبکه برق فروخته می‌شود. استفاده از سیستم‌های دارای ردیاب خورشیدی تک‌محورۀ عمودی و دومحوره، میزان تولید و فروش برق را به‌ترتیب 8/26ـ4/44% و 6/35ـ8/62% افزایش می‌دهد. صرف خرید تضمینی برق مازاد با تعرفه‌های فعلی نمی‌تواند استفاده از این سیستم‌ها را توجیه‌پذیر کند اما در کنار این سیاست، با اعمال مشوق‌های دولتی در تأمین هزینه‌های اولیه و افزایش قیمت برق، دورۀ بازگشت سرمایه را می‌توان در شهرهای مورد مطالعه به‌جز بندرعباس به حدود شش سال رساند. نتایج نشان می‌دهد که بایستی سیاست‌های تشویقی مناسب و مخصوص به هر منطقه با توجه به شرایط اقلیمی توسط دولت اعمال گردد.

کلیدواژه‌ها


[1] International Energy Agancy, World: Electricity and Heat for 2014, www.iea.org/statistics/ [2] سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق (ساتبا)، http://www.satba.gov.ir/br/sun/potential [3] سند چشم‌انداز جمهوری اسلامی ایران در افق 1404، https://rc.majlis.ir/fa/law/show/132295 [4] Obi, M. and Bass, R., "Trends and Challenges of Grid-Connected Photovoltaic Systems–A Review", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 58, pp. 1082-1094, 2016. [5] Rachchh, R., Kumar, M. and Tripathi, B., "Solar Photovoltaic System Design Optimization by Shading Analysis to Maximize Energy Generation from Limited Urban Area", Energy Conversion and Management, Vol. 115, pp. 244-252, 2016. [6] Yilmaz, S., Binici, H. and Ozcalik, H. R., "Energy Supply in a Green School via a Photovoltaic-Thermal Power System", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 57, pp. 713-720, 2016. [7] Wee, S., "The Effect of Residential Solar Photovoltaic Systems on Home Value: A Case Study of Hawai‘I", Renewable Energy, Vol. 91, pp.282-292, 2016. [8] Lau, K. Y., Muhamad, N. A., Arief, Y. Z., Tan, C. W. and Yatim, A. H. M., "Grid-Connected Photovoltaic Systems for Malaysian Residential Sector: Effects of Component Costs, Feed-In Tariffs, And Carbon Taxes", Energy, Vol. 102, pp. 65-82, 2016. [9] Mundada, A. S., Shah, K. K. and Pearce, J. M., "Levelized Cost of Electricity for Solar Photovoltaic, Battery and Cogen Hybrid Systems", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 57, pp. 692-703, 2016. [10] Sesmero, J., Jung, J. and Tyner, W., "The Effect of Current and Prospective Policies on Photovoltaic System Economics: An Application to the US Midwest", Energy Policy, Vol. 93, pp. 80-95, 2016. [11] Lee, M., Hong, T. and Koo, C., "An Economic Impact Analysis of State Solar Incentives for Improving Financial Performance of Residential Solar Photovoltaic Systems in the United States", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 58, pp. 590-607, 2016. [12] Bakhshi, R. and Sadeh, J., "A Comprehensive Economic Analysis Method for Selecting the PV Array Structure in Grid–Connected Photovoltaic Systems", Renewable Energy, Vol. 94, pp. 524-536, 2016. [13] مهدوی عادلی، محمدحسین، سلیمی‌فر، مصطفی، قزلباش، اعظم، «ارزیابی اقتصادی استفاده از انرژی برق خورشیدی (فتوولتائیک) و برق فسیلی در مصارف خانگی (مطالعۀ موردی مجتمع سه‌واحدی در شهرستان مشهد)»، مجله علمی‌پژوهشی سیاستگذاری اقتصادی، شمارۀ 11، صفحات 123ـ147، 1393. [14] Tam, V.W., Le, K.N., Zeng, S.X., Wang, X. and Illankoon, I.C.S., "Regenerative Practice of Using Photovoltaic Solar Systems for Residential Dwellings: An Empirical Study in Australia", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 75, pp.1-10, 2017. [15] Vieira, F.M., Moura, P.S. and de Almeida, A.T., "Energy Storage System for Self-Consumption of Photovoltaic Energy in Residential Zero Energy Buildings", Renewable Energy, Vol. 103, pp.308-320, 2017. [16] Tervo, E., Agbim, K., DeAngelis, F., Hernandez, J., Kim, H.K. and Odukomaiya, A., "An Economic Analysis of Residential Photovoltaic Systems with Lithium Ion Battery Storage in the United States", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 94, pp.1057-1066, 2018. [17] Fitriaty, P. and Shen, Z., "Predicting Energy Generation from Residential Building Attached Photovoltaic Cells in a Tropical Area Using 3D Modeling Analysis", Journal of Cleaner Production, Vol. 195, pp.1422-1436, 2018. [18] Sow, A., Mehrtash, M., Rousse, D.R. and Haillot, D., "Economic Analysis of Residential Solar Photovoltaic Electricity Production in Canada", Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 33, pp.83-94, 2019. [19] Coria, G., Penizzotto, F. and Pringles, R., "Economic Analysis of Photovoltaic Projects: The Argentinian Renewable Generation Policy for Residential Sectors", Renewable Energy, Vol. 133, pp.1167-1177, 2019. [20] Fikru, M.G., "Estimated Electricity Bill Savings for Residential Solar Photovoltaic System Owners: Are They Accurate Enough?", Applied Energy, Vol. 253, p.113501, 2019. [21] Liu, C., Xu, W., Li, A., Sun, D. and Huo, H., "Energy Balance Evaluation and Optimization of Photovoltaic Systems for Zero Energy Residential Buildings in Different Climate Zones of China", Journal of Cleaner Production, Vol. 235, pp.1202-1215, 2019. [22] Enongene, K.E., Abanda, F.H., Otene, I.J.J., Obi, S.I. and Okafor, C., "The Potential of Solar Photovoltaic Systems for Residential Homes in Lagos City of Nigeria", Journal of environmental management, Vol. 244, pp. 247-256, 2019. [23] Espinoza, R., Muñoz-Cerón, E., Aguilera, J. and de la Casa, J., "Feasibility Evaluation of Residential Photovoltaic Self-Consumption Projects in Peru", Renewable energy, Vol. 136, pp.414-427, 2019. [24] Mangiante, M.J., Whung, P.Y., Zhou, L., Porter, R., Cepada, A., Campirano Jr, E., Licon Jr, D., Lawrence, R. and Torres, M., "Economic and Technical Assessment of Rooftop Solar Photovoltaic Potential in Brownsville, Texas, USA", Computers, Environment and Urban Systems, Vol. 80, p.101450, 2020. [25] Martinopoulos, G., "Are Rooftop Photovoltaic Systems a Sustainable Solution for Europe? A Life Cycle Impact Assessment and Cost Analysis", Applied Energy, Vol. 257, p.114035, 2020. [26] Lan, H., Cheng, B., Gou, Z. and Yu, R., "An Evaluation of Feed-In Tariffs for Promoting Household Solar Energy Adoption in Southeast Queensland, Australia", Sustainable Cities and Society, Vol. 53, p.101942, 2020. [27] Gilman, P., "SAM Photovoltaic Model Technical Reference", National Renewable Energy Laboratory, pp. 1-63, 2015. [28] Brano, V.L., Orioli, A., Ciulla, G. and Di Gangi, A., "An Improved Five-Parameter Model for Photovoltaic Modules", Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 94, No. 8, pp. 1358-1370, 2010. [29] National Renewable Energy Laboratory, System Advisor Model Version 2015.6.30 (SAM 2015.6.30), https://sam.nrel.gov/ [30] Daneshyar, M., "Solar Radiation Statistics for Iran", Solar Energy, Vol. 21, pp. 345-349, 1978. [31] Bhattacharyya, S. C., Energy Economics: Concepts, Issues, Markets and Governance, London, Springer Science & Business Media, 2011. [32] YL250P-29b Datasheet, www.yinglisolar.com [33] Weather Data by Region, https://energyplus.net/weatherregion/asia_wmo_region_2/IRN%20%20 [34] دفتر سرمایه‌گذاری و تنظیم مقررات، تعرفه‌های برق و شرایط عمومی آن‌ها، وزارت نیرو، تهران، 1398. [35] سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق (ساتبا)، تعرفۀ خرید تضمینی برق از نیروگاه‌های تجدیدپذیر و پاک، وزارت نیرو، 1398. [36] شرکت توانیر، آمار تفصیلی صنعت برق ایران ویژۀ توزیع نیروی برق در سال 1394، وزارت نیرو، 1395.