اثر عوامل طبیعی بر توان پنل های خورشیدی
- نویسنده: sheybani
- انتشار:
- ساعت انتشار:
توان پنلهای خورشیدی در عمل به شرایط طبیعی محیط وابسته است و همیشه برابر مقدار اسمی نیست. عواملی مثل شدت تابش، دمای هوا، گردوغبار و زاویه نصب میتوانند توان خروجی پنل را افزایش یا کاهش دهند. به همین دلیل در شهرهایی مثل مشهد، طراحی صحیح سیستم برق خورشیدی مشهد اهمیت زیادی دارد. مجموعه آریاخورشید مشهد با در نظر گرفتن این عوامل، راندمان واقعی سیستم را بهینه میکند. همچنین انتخاب درست پکیج خورشیدی متناسب با اقلیم، نقش مهمی در حفظ توان پنلها دارد. در پکیجهای آریاخورشید، این موارد بهصورت اصولی لحاظ شدهاند تا عملکرد پایدار تضمین شود.
اثر عوامل طبیعی بر توان پنل های خورشیدی
توان پنل های خورشیدی عبارت اند از نسبتی از نور خورشید که به پنل برخورد کرده و به برق تبدیل میشود. کارایی یک پنل خورشیدی به اندازهی ضعیفترین حلقهی آن یعنی سلولهایش است. این سلولها از سیلیکون ساخته شدهاند، فوتونها را جذب میکنند و در نتیجه، انرژی تولید میکنند.
متداولترین فناوریهای خورشیدی برای خانهها و شرکتها، فناوری آب گرم خورشیدی، طراحی خورشیدی passive برای سرمایش و گرمایش محیط و فناوری فتوولتائیک خورشیدی برای برق هستند.
رایجترین نوع انرژی خورشیدی، انرژی فتوولتائیک است. سیستم فتوولتائیک خورشیدی یک سیستم الکتریکی است که از پنلهای خورشیدی معکوس کننده و چند مولفه ی دیگر تشکیل شده است. عوامل طبیعی اثراتی بر توان پنل های خورشیدی دارند که در ادامه به بررسی آنها میپردازیم.
1- تاثیر شدت تابش نورخورشید بر توان پنل های خورشیدی
جریان الکتریکی تولیدشده توسط پنلهای خورشیدی فتوولتائیک تا حد زیادی به تعداد فوتونهای برخوردی به مواد نیمهرسانا وابسته است. از آنجا که تعداد این فوتونها مستقیماً با شدت تابش خورشید (Irradiance) متناسب است، با افزایش شدت تابش، جریان خروجی و در نتیجه توان تولیدی پنلهای خورشیدی افزایش مییابد.
این روند افزایشی تا زمانی ادامه دارد که افزایش دمای سطح پنلها، بهدلیل ضریب دمایی منفی سلولهای فتوولتائیک، موجب کاهش راندمان و افت توان خروجی نشود.
Solar panels operate most efficiently under specific conditions of temperature and irradiance. As sunlight intensity increases, the output current rises almost linearly; however, higher temperatures reduce the voltage and overall power. The balance between sunlight and heat defines how much electricity a photovoltaic system can truly deliver
طبق گزارش وبسایت تخصصی انرژی خورشیدی Renewable Energy World، افزایش شدت تابش باعث افزایش جریان خروجی پنل میشود، اما افزایش دما کارایی آن را کاهش میدهد؛ به همین دلیل طراحی حرارتی پنلها نقش کلیدی در راندمان واقعی آنها دارد.
2- اثر دمای محیطی بر توان پنل های خورشیدی
پنلهای خورشیدی از طریق پدیدهای به نام اثر فتوولتائیک (PV) نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل میکنند. هرچه نور خورشید بیشتری دریافت کنند، انرژی بیشتری نیز میتوانند تولید کنند. در مقابل، اگر پانلها بیش از حد داغ شوند، در واقع برق کمتری تولید میکنند. گرمای بیش از حد توان پنل های خورشیدی را کاهش میدهد و بر درصد نور خورشید که پنل میتواند به انرژی تبدیل کند، تأثیر میگذارد. بنابراین هر چه دمای محیط سلولها بیشتر باشد، در نتیجه میزان رسانایی کریستالهای آن کم شده و از راندمان آن تا حدود 25درصد کم میشود.
از جمله روشهایی که میتوان با استفاده از آن از کاهش توان پنل های خورشیدی در اثر گرما جلوگیری کرد می توان به جریان هوای طبیعی، جریان هوای اجباری، پاشیدن آب بر روی سطح پنلهای خورشیدی و روش نوین و کارآمد استفاده از مواد تغییر فاز اشاره کرد.
طبق گزارش منتشرشده در وبسایت رسمی وزارت انرژی ایالات متحده (Energy.gov)، با افزایش دمای کاری پنلهای خورشیدی، ولتاژ خروجی کاهش یافته و در نتیجه توان تولیدی پنل افت میکند؛ به همین دلیل دمای محیط یکی از عوامل کلیدی در عملکرد سیستمهای فتوولتائیک بهشمار میرود.
3- تاثیر گرد و غبار بر توان پنل های خورشیدی
تجمع گرد و غبار، ریزگردها و آلودگیهای محیطی روی سطح پنلهای خورشیدی باعث کاهش میزان تابش دریافتی و در نتیجه افت راندمان و توان خروجی سیستم خورشیدی میشود. شدت این تلفات به شرایط محیطی، اقلیم منطقه و میزان بارندگی وابسته است. در مناطق بارانی و مسکونی، افت راندمان معمولاً کمتر از ۱ درصد است، اما در مناطق خشک و بیابانی، بهویژه در زمان طوفانهای گرد و غبار، این کاهش میتواند قابل توجه باشد. به همین دلیل، تمیزکاری دورهای پنلها نقش کلیدی در حفظ عملکرد پایدار سیستمهای خورشیدی دارد.
According to the National Renewable Energy Laboratory (NREL), the accumulation of dust, dirt, and other environmental pollutants on the surface of photovoltaic modules can significantly reduce their energy output. Depending on local environmental conditions and the frequency of cleaning, soiling losses can reach up to 30% in extreme cases
طبق گزارش National Renewable Energy Laboratory (NREL)، تجمع گرد و غبار و آلودگیهای محیطی روی سطح پنلهای خورشیدی میتواند بسته به شرایط محیطی و عدم شستوشوی منظم، باعث کاهش توان خروجی تا ۳۰ درصد شود.
در مناطق بیابانی و خشک، بسته به شدت آلودگی و فاصله زمانی بین تمیزکاریها، افت راندمان پنلهای خورشیدی معمولاً در بازههای زیر قرار میگیرد:
۵ تا ۱۰ درصد
تجمع سبک گرد و غبار در بازههای زمانی کوتاه (چند هفته)
۱۰ تا ۲۰ درصد
تجمع متوسط گرد و غبار و ریزگردها در صورت عدم شستوشوی منظم
۲۰ تا ۳۰ درصد
شرایط شدید بیابانی، طوفانهای گرد و غبار و عدم تمیزکاری طولانیمدت
بیش از ۳۰ درصد
مناطق بسیار آلوده یا بیابانی با رسوبات سنگین و چسبنده (شرایط بحرانی)
در نیروگاههای خورشیدی مناطق بیابانی، عدم برنامهریزی مناسب برای شستوشوی پنلها میتواند در مدت کوتاهی منجر به افت قابل توجه تولید انرژی و افزایش دوره بازگشت سرمایه شود. گرد و غبار فقط نور را کم نمیکند؛ مثل عایق حرارتی عمل کرده و دمای پنل را بالا میبرد، بنابراین افت توان با ضریب دمایی منفی تشدید میشود.
ترکیبات شیمیایی ذرات (اسیدی/قلیایی/نمکی) میتوانند شیشه و اتصالات را در بلندمدت دچار خوردگی کرده، شفافیت را کم و پراکندگی نور را زیاد کنند؛ در رطوبت بالا این اثر شدیدتر است. حساسیت به گرد و غبار در فناوریها متفاوت است: سیلیکونیها حساسترند؛ فیلمنازکها و CdTe معمولاً افت کمتری نشان میدهند.
راهکارهای طراحی و نگهداری (زاویه و جهت نصب، دیود بایپس، میکرواینورتر، ردیاب خورشیدی، استانداردهای IP، شستوشوی اصولی و پوششهای نانویی) اثرات محیطی را کنترل میکنند. سایر عوامل محیطی مؤثر: سایه، باد (خنکسازی و تنش مکانیکی)، باران (پاککننده vs اسیدی)، برف و یخزدگی، ارتفاع و رطوبت.
4- اثر رطوبت بر توان پنل های خورشیدی
رطوبت بهعنوان میزان آب موجود در هوا تعریف میشود. براساس نتایج چندین پژوهشگر، دو سناریو برای ارزیابی اثر رطوبت بر عملکرد پنل خورشیدی، تعریف میشود. اول، اثر ذرات بخار آب روی اشعه خورشید و دیگری اثر رطوبت در صورت نفوذ به داخل پنل خورشیدی. با تغییر دما در طی روز، رطوبت نسبی نیز متناسب با آن تغییر میکند. بدین معنی که با افزایش دما، رطوبت نسبی هوا افزایش و با کاهش دما، میزان آن نیز کم میشود.
زمانیکه نور خورشید به قطرات بخار در هوا برخورد میکند، میتواند دچار شکست، انعکاس و یا پراش (تفرق) شود. این رخدادها باعث کاهش برخورد تابش مستقیم به سطح پنل خورشیدی شده و در نتیجه جریان اتصال کوتاه آن بهطور چشمگیری کاهش مییابد. بااینحال، رطوبت اثر چندانی بر ولتاژ مدار باز پنل خورشیدی نخواهد داشت.
High humidity levels in the atmosphere can increase the scattering and absorption of solar radiation, which reduces the solar irradiance reaching the photovoltaic modules and leads to a decrease in their power output
طبق گزارشهای منتشرشده در پایگاه علمی ScienceDirect (وابسته به Elsevier)، سطوح بالای رطوبت در جو میتواند باعث افزایش پراکندگی و جذب تابش خورشیدی شود که این موضوع تابش مؤثر رسیده به پنلهای فتوولتائیک را کاهش داده و در نهایت منجر به افت توان تولیدی آنها میشود.
اثر رطوبت بر توان پنلهای خورشیدی
- در شرایط رطوبت نسبی بالاتر از ۷۰٪، شدت تابش مؤثر خورشید کاهش مییابد.
- این کاهش تابش میتواند باعث افت توان خروجی پنلهای خورشیدی در بازهای حدود ۲ تا ۸ درصد شود.
- عامل اصلی افت توان، کاهش جریان اتصال کوتاه (Isc) ناشی از کاهش تابش مستقیم است.
- ولتاژ مدار باز (Voc) معمولاً تحت تأثیر رطوبت تغییر محسوسی نداشته و اثر آن ناچیز است.
- در شرایط مهآلود یا هوای اشباع از بخار آب، افت توان میتواند بهصورت مقطعی بیش از این بازه نیز افزایش یابد.
اثر رطوبت در اقلیمهای مرطوب ایران
- استانهای گیلان، مازندران و گلستان در شمال کشور دارای بیشترین تأثیرپذیری از رطوبت بالا هستند.
- مناطق ساحلی جنوبی کشور نیز به دلیل رطوبت مداوم، مستعد کاهش تولید انرژی سالانه پنلها میباشند.
- رطوبت بالا علاوه بر کاهش تابش مؤثر، خطر نفوذ تدریجی رطوبت به ساختار داخلی پنل را افزایش میدهد.
- نفوذ رطوبت میتواند باعث خوردگی اتصالات الکتریکی و افت عملکرد بلندمدت پنل شود.
- استفاده از پنلهای دارای:
- فریم آلومینیومی مقاوم
- جعبه اتصال با درجه حفاظت بالا (IP مناسب)
- اجرای برنامه نگهداری و بازرسی منظم نقش مهمی در کاهش اثرات منفی رطوبت دارد.
5- اثر باد بر توان پنل های خورشیدی
در مورد تاثیر باد هم میتوان گفت، برای اجتناب از اثر سایه روی کارایی و عمر پنلها سعی بر این است که مکان نصب پنلها در فضاهای باز بدون سایه انتخاب شود. از طرفی نصب پنل در کنار توربینهای بادی جهت افزایش کارایی و استفاده از انرژی پاک در محیطهای بادخیز باعث میشود که تاثیر باد بر روی پنلها زیاد باشد و اهمیت پرداختن به آن را بیشتر میکند.
یکی از راهایی که برای حل این دو مساله، کارایی نسبتا خوبی دارد ایجاد فضاهای خالی بین پنلها است که باعث کاهش اثر باد می شود و به خنک شدن سطح پنل ها کمک می کند. از جمله کارهای دیگر میتوان به دقت در انتخاب پنل و استراکچر اشاره کرد.
6- اثر سایه اجسام محیطی بر توان پنل های خورشیدی
در شرایط عادی هر سلول متناسب با نور و دمای محیط جریان تولید و به شاخه اصلی تزریق میکند. جریان کل ماژول از مجموع جریانهای شاخهها تشکیل شده است. از آنجایی که سلولها با یکدیگر سری هستند، جریان در هر شاخه برابر با جریان هر سلول است. اگر به دلیل تغییر در تابش سطح سلولها، جریانهای تولیدی سلولها متفاوت باشد، جریان پایینترین سلول، جریان این شاخه در نظر گرفته میشود.
در نتیجه، اگر تابش خورشید بر روی یک سلول با اثرات سایه افتادن کاهش یابد، جریان از آن سلول و در نهایت جریان از شاخه ای که سلول در آن قرار دارد به شدت کاهش مییابد. بنابراین، هنگامی که تنها یک سلول تحت تأثیر سایه قرار میگیرد، در عمل، بخش قابل توجهی از توان پنل های خورشیدی کاهش مییابد.
اما مشکل دیگری که در سایه ایجاد میشود، ایجاد نقاط داغ روی پنل فتوولتائیک است. در اوقات سایه افتادن، سلول به جای تولید جریان تبدیل به یک مقاومت مصرف کننده توان میگردد.
هنگامی که می خواهید موقعیت صفحه خورشیدی را انتخاب کنید همچنین باید به خاطر داشته باشید که ساعات اوج نور خورشید (معمولا بین ساعت 9:00 تا 16:00) نباید بر روی پنل ها سایه بیاندازد. زیرا می تواند توان پنل های خورشیدی را کاهش دهد و یا حتی به پنل آسیب برساند.
کلام آخر
در این مقاله اطلاعات مفید و کاربردی از جمله اثزات عوامل طبیعی بر توان پنل های خورشیدی را بررسی کردیم. سازندگان پنل های خورشیدی باید همواره در جهت بهبود عملکرد پنل های خورشیدی در هر شرایطی بکوشند. آریا خورشید ارائه دهنده انواع محصولات خورشیدی از جمله پکیج برق خورشیدی، پنل های خورشیدی و پروژکتور خورشیدی با قیمت مناسب و ارسال به سراسر کشور است.
2 نظر در “اثر عوامل طبیعی بر توان پنل های خورشیدی”
عالی بود 👏
واقعاً کمک کرد سپاس!
خواهش میکنم خوشحالم ک تونستم کمکی بکنم