تاثیر دما بر بازدهی پنلهای خورشیدی
- نویسنده: فائزه روانبخش
- انتشار:
- ساعت انتشار:
برخلاف تصور رایج، گرمای بیشتر همیشه به معنی تولید برق بیشتر توسط پنل خورشیدی نیست. پنلها به نور خورشید نیاز دارند، نه دمای بالا، و وقتی دمای سلول افزایش مییابد، بازدهی آنها کاهش پیدا میکند. این افت عملکرد به دلیل تغییرات الکتریکی در پنل است؛ جایی که ولتاژ کم میشود، جریان تغییر اندکی دارد و در نهایت توان خروجی افت میکند. در ادامه بررسی میکنیم دما چگونه بر ولتاژ، جریان و ضریب دمایی پنل خورشیدی اثر میگذارد و چرا این موضوع در اقلیم گرم ایران اهمیت دارد.
Real-world performance of solar PV systems is strongly influenced by environmental conditions, particularly operating temperature, which can significantly reduce energy yield in hot climates
بر اساس گزارش آژانس بینالمللی انرژی (IEA)، عملکرد واقعی سیستمهای خورشیدی بهشدت تحت تأثیر شرایط محیطی، بهویژه دمای کاری پنلها قرار دارد و در اقلیمهای گرم میتواند باعث کاهش محسوس انرژی تولیدی شود.
گرمای بیش از حد، راندمان پنل خورشیدی را کاهش می دهد و بر درصدی از نور خورشید که پنل می تواند به انرژی برق تبدیل شود ، تأثیر می گذارد. در ادامه تاثیر تغییرات دما بر راندمان پنل های خورشیدی را بررسی می کنیم. پس با ما همراه باشید.
محصولات مرتبط
پکیج برق خورشیدی با انرژی 175WH و ولتاژ 12V DC شماره 1
قیمت اصلی 11,000,000 تومان بود.10,200,000 تومانقیمت فعلی 10,200,000 تومان است.
پکیج برق خورشیدی با انرژی 330WH و ولتاژ 12V DC شماره 2
قیمت اصلی 16,000,000 تومان بود.15,150,000 تومانقیمت فعلی 15,150,000 تومان است.
پکیج برق خورشیدی با انرژی 650WH و ولتاژ 12V DC-220V AC شماره 3
قیمت اصلی 29,000,000 تومان بود.27,900,000 تومانقیمت فعلی 27,900,000 تومان است.
پکیج برق خورشیدی با انرژی 1100WH و ولتاژ 12V DC-220V AC شماره 4
قیمت اصلی 41,900,000 تومان بود.38,900,000 تومانقیمت فعلی 38,900,000 تومان است.
پکیج برق خورشیدی با انرژی 3200WH و ولتاژ 220V-AC شماره 5
قیمت اصلی 56,000,000 تومان بود.51,900,000 تومانقیمت فعلی 51,900,000 تومان است.
پکیج برق خورشیدی با انرژی 3400WH و ولتاژ 220V AC شماره 6
قیمت اصلی 136,000,000 تومان بود.127,000,000 تومانقیمت فعلی 127,000,000 تومان است.
پکیج برق خورشیدی با انرژی 4400WH و ولتاژ 220V AC شماره 7
قیمت اصلی 157,500,000 تومان بود.145,500,000 تومانقیمت فعلی 145,500,000 تومان است.
پکیج برق خورشیدی با انرژی 13200WH و ولتاژ 220V AC شماره 8
قیمت اصلی 271,500,000 تومان بود.251,800,000 تومانقیمت فعلی 251,800,000 تومان است.
1- کاهش ولتاژ خروجی
دما می تواند بر ویژگی های الکتریکی مواد نیمه رسانایی که در ساختار پنل خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند، تاثیر مستقیم بگذارد. وقتی که دما افزایش می یابد، در ساختار ماده نیمه رسانا جفت شدگی بیشتری ایجاد می شود که این جفت شدگی باعث کم شدن ولتاژ خروجی می شود. با کاهش ولتاژ خروجی، اختلاف بین ساختار و ولتاژ نقطه کارکرد نیز کاهش می یابد و این امر در نهایت باعث کاهش تولید انرژی و توان پنل های خورشیدی می شود.
در مناطق گرم و خشک که دارای دمای بالایی هستند، کاهش ولتاژ خروجی پنل های خورشیدی یه مسئله جدی است که می تواند تاثیرات بدی بر عملکرد پنل های خورشیدی و راندمان تولید انرژی داشته باشد.
برای اینکه در مورد طریقه ی گرفتن وام نیروگاه اطلاعات بیشتری کسب کنید، مقاله ی وام نیروگاه خورشیدی را بخوانید.
2- افزایش جریان خروجی
با افزایش دما، جریان خروجی پنل های خورشیدی نیز افزایش می یابد. این مسئله ممکن است تا جایی خوب و مفید به نظر برسد ولی باید با توجه به کاهش ولتاژ خروجی، تاثیر آن را بر راندمان کلی پنل های خورشیدی مورد بررسی قرار داد. در واقع با افزایش فرآیندهای فتوولتائیک و افزایش دما در سلول های خورشیدی، این افزایش جریان خروجی نیز رخ می دهد.
با افزایش جریان خروجی، میزان تولید انرژی نیز زیاد می شود و بهروری پنل های خورشیدی افزایش می یابد. البته باید توجه داشته باشید افزایش جریان به همراه کاهش ولتاژ تاثیرات بدی بر جای می گذارد و باعث کاهش توان تولیدی پنل های خورشیدی می شود.
3- کاهش تبدیل انرژی
یکی از تاثیرات دیگر دما بر راندمان پنل های خورشیدی این است که در شرایط دمایی بالا، تبدیل انرژی کاهش می یابد. در واقع دمای محیط و دمای پنل های خورشیدی می توانند در شرایط مختلف، متفاوت باشند. وقتی دما افزایش می یابد، امکان دارد به دلیل تغییر ویژگی های مواد نیمه رسانایی که در ساختار پنل ها وجود دارد، تبدیل انرژی نیز کاهش پیدا کند که این تغییرات در نهایت باعث کاهش جریان الکتریکی و کاهش ولتاژ خروجی پنل ها می شود.
وقتی که تبدیل انرژی در دماهای بالا کاهش پیدا می کند، کل توان تولیدی پنل های خورشیدی نیز کم می شود که این امر در نهایت تاثیرات بدی بر بهره وری و تولید انرژی از منابع خورشیدی بر جای می گذارد.
4- کاهش تاثیر دما بر بازده پنل خورشیدی
کاهش تاثیر دما بر بازده پنل خورشیدی برای تولید بهینه انرژی به ویژه در مناطقی با دمای بالا بسیار مهم است. چندین استراتژی می تواند تأثیر دما را بر روی پنل های PV به حداقل برساند و از ادامه عملکرد خوب آنها اطمینان حاصل کند. اطمینان از وجود فاصله بین سطح پشتی پنل و ساختار نصب، امکان همرفت طبیعی را فراهم می کند. جریان هوا گرما را از بین می برد و دما را کنترل می کند.
نصب پنل های PV در زاویه و جهت بهینه می تواند قرار گرفتن در معرض نور خورشید را به حداکثر برساند و در عین حال احتمال گرم شدن بیش از حد را کاهش دهد. انتخاب پنل های PV با ضریب دمای پایین راه دیگری برای کاهش اثرات دما است. پنل های با ضرایب کمتر با افزایش دما کاهش کمتری را در کارایی تجربه می کنند و آنها را برای محیط های گرم مناسب تر می کنند.
نوآوریها در مواد و طرحهای پنل خورشیدی منجر به توسعه فناوریهای پیشرفتهای شده است که میتوانند دمای بالا را بهتر تحمل کنند. به عنوان مثال، پنل های خورشیدی دو وجهی می توانند نور خورشید را از هر دو طرف جذب کنند. این طراحی حساسیت دمایی کمتر و راندمان کلی بالاتر را امکان پذیر می کند.
As module temperature increases, the open-circuit voltage and maximum power output of photovoltaic modules decrease, leading to reduced overall efficiency
طبق گزارش آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر آمریکا (NREL)، با افزایش دمای پنل خورشیدی، ولتاژ مدار باز و توان خروجی بیشینه کاهش پیدا میکند که در نهایت منجر به افت بازدهی کلی پنل میشود.
کاهش دمای پنلهای خورشیدی
شما می توانید سیستم های خنک کننده را برای مدیریت دمای پنل های خورشیدی نصب کنید:
- تکنیکهای خنککننده غیرفعال ( مانند سینکهای حرارتی و پوششهای بازتابنده ) به طور موثر گرمای اضافی را بدون نیاز به انرژی اضافی دفع میکنند.
- روشهای خنککننده فعال ( مانند خنکسازی مبتنی بر آب یا گردش هوای اجباری ) میتوانند اتلاف گرما را بیشتر افزایش دهند، اما ممکن است هزینهها و مصرف انرژی بالاتری را به همراه داشته باشند.
دمای مطلوب برای پنل های خورشیدی
دمای مطلوب برای پنل های خورشیدی حدود 25 درجه سانتی گراد (77 درجه فارنهایت) است. پنل های خورشیدی در دماهای متوسط بهترین عملکرد را دارند، زیرا دماهای بالاتر یا پایین تر می توانند کارایی را کاهش دهند. برای هر درجه بالاتر از 25 درجه سانتیگراد، خروجی یک پنل خورشیدی می تواند حدود 0.3٪ تا 0.5٪ کاهش یابد که بر تولید کلی انرژی تأثیر می گذارد.
مثال عددی ساده از تأثیر دما بر پنل خورشیدی
فرض کنیم یک پنل خورشیدی 300 وات داریم با مشخصات زیر در شرایط استاندارد (STC):
- توان نامی: 300 W
- ضریب دمایی توان (γPmax): −0.4% / °C
- دمای مرجع: 25°C
حالت اول: دمای استاندارد (25°C)
در این دما:
- توان واقعی پنل ≈ 300 وات
- هیچ افت دمایی نداریم
این همان عددی است که روی برچسب پنل نوشته شده است.
حالت دوم: یک روز گرم – دمای سلول 45°C
افزایش دما نسبت به مرجع:
ΔT=45−25=20∘C \Delta T = 45 – 25 = 20^\circ C
افت توان پنل:
افت توان=20×0.4%=8% افت\ توان = 20 \times 0.4\% = 8\%
توان واقعی پنل:
300×(1−0.08)=276 وات 300 \times (1 – 0.08) = 276\ وات
فقط بهخاطر گرما، پنل 24 وات کمتر برق تولید میکند.
حالت سوم: ظهر تابستان – دمای سلول 60°C
افزایش دما:
ΔT=60−25=35∘C \Delta T = 60 – 25 = 35^\circ C
افت توان:
35×0.4%=14% 35 \times 0.4\% = 14\%
توان واقعی پنل:
300×(1−0.14)=258 وات 300 \times (1 – 0.14) = 258\ وات
یعنی تقریباً 42 وات کاهش توان نسبت به شرایط استاندارد.
پس در نتیجه:
- گرما → ولتاژ کم میشود
- ولتاژ کمتر → توان کمتر
- هر 10 درجه افزایش دما → حدود 4٪ افت توان پنل
تأثیر دما بر ولتاژ، جریان و ضریب دمایی پنل خورشیدی
عملکرد واقعی پنل خورشیدی بهشدت به دمای سلول وابسته است. برخلاف تصور رایج، افزایش دما همیشه به معنی تولید بیشتر برق نیست؛ بلکه در اغلب موارد باعث افت راندمان پنل خورشیدی میشود. این اثر دمایی را میتوان با بررسی سه مفهوم پایه بهصورت دقیق تحلیل کرد: ولتاژ، جریان و ضریب دمایی.
تأثیر دما بر ولتاژ پنل خورشیدی
ولتاژ بیشترین حساسیت را نسبت به تغییر دما دارد.
- با افزایش دمای سلول خورشیدی:
- ولتاژ مدار باز پنل (Voc) کاهش مییابد
- ولتاژ کاری پنل در نقطه بیشینه توان (Vmpp) نیز افت میکند
علت فیزیکی این پدیده، کاهش گپ انرژی نیمهرسانا در دماهای بالاتر است که باعث افت پتانسیل الکتریکی سلول میشود.
نتیجه مستقیم:
کاهش ولتاژ، مهمترین عامل افت توان خروجی پنل در هوای گرم است.
پیامد عملی در سیستمهای خورشیدی:
- در مناطق گرمسیر (مانند اهواز، عسلویه یا بندرعباس)، افت ولتاژ میتواند باعث شود ولتاژ رشته پنلها به زیر حداقل ولتاژ کاری MPPT اینورتر برسد.
- در نتیجه، اینورتر یا از مدار خارج میشود یا با توان کمتر کار میکند.
به همین دلیل، دما در طراحی تعداد پنلهای سری و انتخاب اینورتر نقش کلیدی دارد.
تأثیر دما بر جریان پنل خورشیدی
رفتار جریان نسبت به دما دقیقاً برعکس ولتاژ است، اما اثر آن بسیار ضعیفتر میباشد.
- با افزایش دمای سلول:
- جریان اتصال کوتاه (Isc) کمی افزایش پیدا میکند
- جریان در نقطه بیشینه توان (Im)
سوالات متداول
چرا پنل های خورشیدی در امواج گرما به خوبی کار نمی کنند؟
پنل های خورشیدی به دلیل کاهش بازده ناشی از تاثیر دما در امواج گرما خوب کار نمی کنند. با افزایش دمای پنل های خورشیدی، توان خروجی آنها کاهش می یابد. در طول موج گرما، دمای بالاتر توانایی پنل ها را برای تبدیل موثر نور خورشید به الکتریسیته متوقف می کند.
پنل های خورشیدی چقدر داغ می شوند؟
پنل های خورشیدی می توانند در زیر نور مستقیم خورشید به دمای حدود 66 درجه سانتی گراد (150 درجه فارنهایت) یا حتی بالاتر برسند. افزایش دما به دلیل تبدیل نور جذب شده خورشید به گرما است. دماهای بالا می تواند بر کارایی پنل خورشیدی تأثیر منفی بگذارند و تولید انرژی را کاهش دهد. نصب و تهویه مناسب می تواند به کاهش مشکل تاثیر دما کمک کند.
سخن آخر
به طور کلی اگر دما مناسب نباشد بر راندمان پنل های خورشیدی تاثیر بدی را بر جای می گذارد. به طور کلی سازندگان پنل های خورشیدی باید سعی کنند تا با بالا بردن مهارت ها و پیشرفت در تکنولوژی تا جایی که می توانند اثرات منفی دما بر راندمان را کم کنند و پنل هایی بسازند که بتوانند در شرایط دمایی مختلف، بهترین عملکرد را داشته باشند. شما می توانید برای دریافت مشاوره و خرید انواع محصولات خورشیدی به سایت ما مراجعه نمایید.
2 نظر در “تاثیر دما بر بازدهی پنلهای خورشیدی”
بسیار عالی و کاربردی
ممنون از توجه شما