مقدمه:

طراحی سیستم حفاظت کاتدیک خورشیدی برای لوله های گاز مدفون در خاک، مستلزم استفاده از روابط متعدد، جداول، استانداردها و تجربه می باشد که عموماً زمان بر بوده و دقت فراوانی را می طلبد.

به دلیل حجم بالای محاسبات و لزوم دقت بالا در طراحی، استفاده از کامپیوتر و روشهای شبیه سازی، در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است.

در این سیستم جهت حفاظت کاتدیک لوله های زیر زمینی از سیستم های فتوولتاییک استفاده شده است.

آرایش سیستم بدین صورت است:

ابتدا آرایه ۷۵/۲ کیلووات به یک مبدل باک متصل شده سپس بترتیب باتری و مبدل باک- بوست قرار دارند و در نهایت سیستم به مدار معادل خط لوله وبستر آندی وصل می شود.

از مبدل باک برای پایین آوردن ولتاژحاصل از آرایه خورشیدی و ایجاد ولتاژ مناسب جهت شارژ باتری ها استفاده شده است.

وبا توجه به تغییرات ولتاژدر خروجی و ورودی سیستم بهترین مبدل استفاده از مبدل باک-بوست در انتهای سیستم می باشد.

در این سیستم سه کنترل کننده جدید طراحی شده است.

کنترل کننده اول طوری طراحی شده است تا هم بتوان حداکثر توان را از آرایه خورشیدی گرفت که باعث افزایش راندمان سیستم می شود، و هم بتوان خروجی مبدل باک را در یک ولتاژ ثابت نگهداری کرد، تا ولتاژ مناسب جهت شارژ باتری را ایجاد نمود.

کنترل کننده نوع دوم حالت های شارژ و دشارژ باتری را کنترل می کند.

زمانی که باتری کاملا شارژ بود و نیازی به استفاده از انرژی باتری در سیستم نبود بصورت اتوماتیک از مدار خارج میشود.

و زمانی که باتری دشارژ بود یا نیاز به انرژی باتری در سیستم وجود داشت باتری بصورت خودکار وارد مدار شود.

از مزایای این کنترل کننده این است که از فرسوده شدن پیش از موعد باتری جلوگیری کرده، در نتیجه عمر باتری بیشتر خواهد شد.

صاعقه گیر آذرخش

کنترل کننده سوم ولتاژ در نقطه تزریق جریان به خط لوله زیرزمینی را کنترل می کند.

و از مزایای این کنترل کننده این است که ولتاژ نقطه تزریق را می توان روی هر عدد دلخواهی تنظیم نمود.

در انجام محاسبات سعی شده است بدترین شرایط در نظر گرفته شود.

تا هم عمر مفید سیستم بالا رود وهم در شرایط مختلف آب وهوایی، سیستم طراحی شده مفید واقع شود.

با طراحی این سیستم می توان در آینده نزدیک امیدوار بود که حفاظت کاتدیک قسمتی از شبکه های:

خطوط انتقال گاز،

نفت،

آب،

که در خارج از محدوده شبکه های سراسری انتقال برق قرار دارند تأمین شود

 پیشرفت علم و فن آوری ضمن ایجاد دستاوردهای فراوانی برای آسایش و رفاه بشر، همواره مشکلات تازه ای نیز به همراه داشته است ( به عنوان مثال آلودگی زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی).

با توجه به اینکه لحظه ای توقف در زمینه علم و فن آوری روند زندگی در جهان مدرن را مختل می کند، آسیب هایی را از قبیل:

گازهای گلخانه ای،

آلوگی هوا،

افزایش دما،

و تغییرات گسترده آب و هوایی گرم شدن زمین و … را در بر داشته و خواهد داشت.

همین امر باعث گردیده که دانشمندان و متخصصان به دنبال انرژی های جایگزین پاک باشند.

استفاده از:

انرژی خورشیدی،

بادی،

زمین گرمایی،

امواج و … به جای انرژی های حاصل از سوخت های فسیلی موجب کاهش سطح وسیعی از آلودگی زیست محیطی و خطرات جانبی آن می شود. 

در حال حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم های گوناگون و برای مقاصد متفاوت استفاده می گردند، که برخی از آنها عبارتند از:

* استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی

* تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک

به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم های محرک، الکتریسیته تولید کند فتوولتائیک گویند.

سیستم های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ترین انرژی های پاک و نو می باشند.

و تا کنون سیستم های گوناگونی با ظرفیت های (۵/۰ تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده hsj.

و با توجه به قابلیت عملکرد و اطمینان این سیستم ها، هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده می شود.

از سری و موازی کردن سلول های آفتابی می توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت.

به یک مجموعه از سلول های سری و موازی شده پنل فتوولتائیک می گویند.

امروزه این گونه سلول ها به طور معمول از ماده سیلیسیم تهیه می شود.

و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می گردد که در مناطق کویری کشور به مقدار فراوان یافت می شود.

صاعقه گیر آذرخش

سیستم های فتوولتائیک نور خورشید را به طور مستقیم به برق یکسو (DC) تبدیل می کند. 

اجزا این سیستم عبارتند از:

* ماژول خورشیدی

* اینورتر (تبدیل ولتاژ مستقیم به متناوب یا مستقیم با مشخصات دیگر)

* شارژ کنترل (دستگاهی جهت کنترل توان ورودی – خروجی به باتری و بار)

* باتری

از آنجاییکه بسیاری از ایستگاه های حفاظت کاتدی در نقاط دور افتاده و در مسیر خطوط لوله انتقال نفت، گاز، آب و … قرار می گیرند، به طور معمول برق رسانی به آنها یکی از معضلات مهم طراحان و مجریان پروژه ها می باشد.

در این مواقع می بایست با صرف هزینه های بسیار زیاد و پذیرش اتلاف انرژی قابل توجه به ایستگاه مورد نظر برق رسانی انجام شود و یا طراح سیستم، با صرف نظر از بسیاری از اصول و ضوابط لازم سیستم های حفاظت کاتدی، محل نصب ایستگاه را به نقطه ای نزدیک به شبکه برق منتقل نماید.

در چنین مواقعی استفاده از سیستم های حفاظت کاتدی فتوولتائیک، راه حل سوم و شاید مناسب ترین راه حل برای رفع مشکل باشد.

با استفاده از یک کانورتور DC/DC و بدون اتلاف انرژی، برق تولید شده توسط سلول های خورشیدی به یک برق یکسو (DC) قابل کنترل و تنظیم تبدیل شده و خروجی کانورتور به سیستم تحت حفاظت اعمال می گردد.

استفاده از باتری این ضریب اطمینان را برای سیستم به وجود می آورد که شب ها و در روزهای ابری انرژی لازم تامین شده و مشکلی برای استمرار عملکرد سیستم حفاظت کاتدی بوجود نیاید.

صاعقه گیر آذرخش

مزایای سیستم فتوولتائیک:

* عدم کاهش ذخایر فناپذیر کشور

* جلوگیری از آلودگی محیط زیست

* عدم احتیاج به خطوط وسیع انتقال و توزیع برق

* تامین توان خروجی لازم (۱ الی ۱۰ کیلو وات) متناسب با نیاز مصرف کننده

* توانایی ذخیره سازی انرژی برای a روزهای بدون شارژ (ابری) متوالی و شب ها

* سهولت در نگهداری و بهره برداری

براساس نیاز سیستم حفاظت کاتدی و با تغییر تعداد سلول های فتوولتائیک امکان تامین توان مورد نیاز فراهم بوده و محدودیتی در این خصوص وجود ندارد.