مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مقایسه فنی- اقتصادی نیروگاه‌های فتوولتاییک مونوکریستال و متمرکزکننده حرارتی در استان کرمان

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه انرژی تجدیدپذیر و تبدیل انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران
2 گروه مهندسی تبدیل و سیستم های انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک و مواد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران
چکیده
در این مطالعه، مقایسه فنی-اقتصادی نیروگاه‌های فتوولتاییک مونوکریستال و متمرکزکننده برای چند شهر منتخب در استان کرمان انجام شد. پس از مدل‌سازی سیستم‌های فتوولتاییک مورد نظر و اعتبارسنجی نتایج مدل‌سازی نیروگاه فتوولتاییک مونوکریستال با داده‌های اندازه‌گیری‌شده یک نیروگاه فتوولتاییک مونوکریستال ۵کیلوواتی نصب‌شده در دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، تحلیل تولید انرژی الکتریکی روزانه و سالانه برای هر دو نیروگاه ارایه شد. سپس، راندمان و فاکتورهای عملکرد شامل ضریب ظرفیت، عملکرد نهایی، عملکرد مرجع و نسبت کارآیی تعیین شده‌اند. نتایج آنالیز اقتصادی نشان داد که شهرهای شمالی استان کرمان دارای شاخص‌های اقتصادی مطلوب‌تری بود؛ به‌طوری ‌که نرخ بازده داخلی، هزینه ترازشده الکتریسیته، ارزش خالص فعلی و نسبت منافع به مخارج این شاخص‌ها برای نیروگاه فتوولتاییک مونوکریستال به‌ترتیب، ۲۱ تا ۲۲/۱%، ۳/۱۳ تا ۹/۱۳ دلار به‌ازای هر کیلووات، ۲ تا ۴/۲ هزار دلار و ۱/۰۴ تا ۱/۰۹ و برای نیروگاه فتوولتاییک متمرکزکننده به‌ترتیب، ۲۴/۹ تا ۲۸/۶%، ۸/۸ تا ۱۰/۲ دلار به‌ازای هر کیلووات، ۱۷/۱ تا ۳۰/۵ هزار دلار و ۱/۲۴ تا ۱/۴۳ بودند. در نهایت، مقایسه جامعی بین سیستم‌های فتوولتاییک مرسوم و سیستم فتوولتاییک متمرکزکننده در دو سناریوی هزینه سرمایه‌گذاری یکسان و توان نامی نصب‌شده یکسان انجام شد. نتایج نشان داد که در هر دو سناریو، سیستم‌های فتوولتاییک متمرکزکننده نسبت به سیستم فتوولتاییک مونوکریستال ارجحیت دارد، به‌نحوی‌ که شهر کرمان و جیرفت به‌عنوان بهترین شهرها به‌ترتیب دارای ارزش خالص فعلی ۳۰/۵ هزار دلار و ۲۱ هزار دلار بودند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Techno-Economic Comparison of Monocrystalline and Concentrating Photovoltaic Thermal Power Plant in Kerman province

نویسندگان English

S. Amiri Dogahe 1
E. Jahanshahi Javaran 1
M. Abdolzadeh Dashtkhaki 2
S. Sadeghi 2
1 Renewable Energies & Energy Conversion Department, Institute of Science & High Technology & Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
2 Conversion & Energy Systems Engineering Department, Mechanical & Material Engineering Faculty, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده English

In this study, techno-economic comparison of monocrystalline and concentrating photovoltaic power plants for the selected cities of Kerman province was carried out. After modeling the implied photovoltaic systems and validating the modeling results of the monocrystslline photovoltaic system with the measured data of an installed 5kW monocrystalline photovoltaic power plant at the Graduate University of Advanced Technology, daily and yearly electrical energies production analysis for both plants was presented. Then, the electrical efficiency and the performance factors, including capacity factor, final yield, reference yield and the performance ratio were determined. The economic analysis results showed that the northern cities of Kerman province had more favorable economic indicators, so internal rate of return, balanced cost of electricity, net present value, and benefit-cost ratio for the monocrystal photovoltaic plant were 21-22.1%, 13.3-13.9 dollars per kilowatt, 2-4.2 thousand dollars, and 1.04-1.09, respectively and for the concentrating photovoltaic plant were 24.9-28.6%, 8.8-10.2 dollars per kilowatt, 17.1-30.5 thousand dollars, and 1.24-1.43, respectively. Finally, a comprehensive comparison was made between the conventional PV systems and the CPV system for two scenarios: the same capital investment cost and the same nominal installed power. Results showed that at both scenarios, the concentrating photovoltaic is superior to the monocrystalline PV plant, in a way that Kerman and Jiroft cities, as the best cities, had the net present value of 30.5 thousand dollars and 21 thousand dollars, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Concentrating Photovoltaic Thermal
Monocrystalline
Electricity
Economic
Crabtree GW, Lewis NS. Solar energy conversion. Physics today. 2007;60(3):37-42. [Link] [DOI:10.1063/1.2718755]
Mallick TM, Eames PC. Design and fabrication of low concentrating second generation PRIDE concentrator. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2007;91(7):597-608. [Link] [DOI:10.1016/j.solmat.2006.11.016]
Li M, Li G, Ji X, Yin F, Xu L. The performance analysis of the trough concentrating solar photovoltaic/thermal system. Energy Conversion and Management. 2011;52(6):2378-2383. [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2010.12.039]
Helmers H, Bett AW, Parisi J, Agert C. Modeling of concentrating photovoltaic and thermal systems. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2014;22(4):427-439. [Link] [DOI:10.1002/pip.2287]
Renno C, Petito F. Design and modeling of a concentrating photovoltaic thermal (CPV/T) system for a domestic application. Energy and Buildings. 2013;62:392-402. [Link] [DOI:10.1016/j.enbuild.2013.02.040]
Xu N, Ji J, Sun W, Huang W, Jin Z. Electrical and thermal performance analysis for a highly concentrating photovoltaic/thermal system. International Journal of Photoenergy. 2015;2015:ID 537538. [Link] [DOI:10.1155/2015/537538]
Rezania A, Rosendahl LA. Feasibility and parametric evaluation of hybrid concentrated photovoltaic-thermoelectric system. Applied Energy. 2017;187:380-389. [Link] [DOI:10.1016/j.apenergy.2016.11.064]
Hosseinzadeh M, Salari A, Sardarabadi M, Passandideh-Fard M. Parametric analysis of a nanofluid based photovoltaic thermal system, using computational fluid dynamic. Modares Mechanical Engineering. 2017;17(9):195-204. [Persian] [Link]
Hosseinzadeh M, Kazemian A, Sardarabadi M, Passandideh-Fard M. Experimental investigation of using water and ethylene glycol as coolants in a photovoltaic thermal system. Modares Mechanical Engineering. 2017;17(11):12-20. [Persian] [Link]
Daneshazarian R, Cuce E, Cuce PM, Sher F. Concentrating photovoltaic thermal (CPVT) collectors and systems: Theory, performance assessment and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018;81:473-492. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2017.08.013]
Kratochvil JA, Boyson WE, King DL. Photovoltaic array performance model. United States: Sandia National Laboratories, a Lockheed Martin Company, for the United States Department of Energy's National Nuclear Security Administration; 2004 Dec. Reaport No.: SAND2004-3535. Contract: DE-AC04-94AL85000. [Link]
Duffie JA, Beckman WA. Solar engineering of thermal processes. New Jeresy: John Wiley & Sons; 2013. [Link] [DOI:10.1002/9781118671603]
Skoplaki E, Palyvos JA. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance: A review of efficiency/power correlations. Solar Energy. 2009;83(5):614-624. [Link] [DOI:10.1016/j.solener.2008.10.008]
Pérez-Higueras P, Fernández EF, editors. High concentrator photovoltaics: Fundamentals, Engineering and Power Plants. 1st Edition. Salmon Tower Building New York City: Springer International Publishing; 2015. [Link] [DOI:10.1007/978-3-319-15039-0]
IEC 61724: Photovoltaic system performance monitoring-guidelines for measurement, data exchange and analysis. Commission Electrotechnique Internationale; 1998. [Link]
Blank LT, Tarquin AJ. Basics of engineering economy. New York City: McGraw-Hill Companies,Incorporated; 2007. [Link]
Gaur A, Tiwari G. Performance of photovoltaic modules of different solar cells. Journal of Solar Energy. 2013;2013: ID 734581. [Link] [DOI:10.1155/2013/734581]
Jo JH, Waszak R, Shawgo M. Feasibility of concentrated photovoltaic systems (CPV) in various united states geographic locations. Energy Technology & Policy. 2014;1(1):84-90. [Link] [DOI:10.1080/23317000.2014.971982]
Barry M, Ramachandran G. Power generation technology data for integrated resource plan of South Africa. California: Electric Power Research Institute (EPRI); 2010. [Link]
Edalati S, Ameri M, Iranmanesh M, Tarmahi H, Gholampour M. Technical and economic assessments of grid-connected photovoltaic power plants: Iran case study. Energy. 2016;114:923-934. [Link] [DOI:10.1016/j.energy.2016.08.041]
Avestamarket [Internet]. Zanjan: Solar Panel Store; 2018 [cited 2018 March 21]. Available from: www.avestamarket.com. [Persian] [Link]
SATBA [Internet]. Tehran: Renewable Energy and Energy Efficiency Organization; 2018 [cited 2018 March 21]. Available from: www.satba.gov.ir. [Persian] [Link]
Hussain MI, Lee CH. Experimental and numerical studies of a U-shaped solar energy collector to track the maximum CPV/T system output by varying the flow rate. Renewable Energy. 2015;76:735-742. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2014.12.008]
Rumyantsev VD, Andreev VM, Chekalin AV, Davidyuk NY, Sadchikov NA. HCPV modules of SMALFOC design in versions for PV and PV/T operation. 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 8-13 June 2014, Denver, CO, USA. Piscataway: IEEE; 2014. pp. 2720-2723. [Link] [DOI:10.1109/PVSC.2014.6925491]
Kribus A, Kaftori D, Mittelman G, Hirshfeld A, Flitsanov Y, Dayan A. A miniature concentrating photovoltaic and thermal system. Energy Conversion and Management. 2006;47(20):3582-3590. [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2006.01.013]
Chayet H, Kost O, MoranR, Lozovsky I. Efficient, low cost dish concentrator for a CPV based cogeneration system. AIP Conference Proceedings. 2011;1407(1):10.1063/1.3658337. [Link] [DOI:10.1063/1.3658337]
Renno C. Optimization of a concentrating photovoltaic thermal (CPV/T) system used for a domestic application. Applied Thermal Engineering. 2014;67(1-2):396-408. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2014.03.026]