در خصوص تاثیر دما بر پنل خورشیدی یک نکته مهم وجود دارد: هرچقدر دمای محیط بالاتر برود، تاثیر دما بر سلول خورشیدی منفی خواهد بود و باعث کاهش بازدهی آن میشود. این یعنی در روزهای بسیار گرم، حتی با تابش شدید خورشید، خروجی واقعی پنل دقیقا همان چیزی نیست که انتظار داریم.
اما ماجرا فقط همین نیست. واقعیت این است که دما یکی از حساسترین عوامل در عملکرد سیستمهای خورشیدی است؛ موضوعی که مخصوصا برای ما ایرانیها، با تنوع اقلیمی از جنوب گرم و مرطوب تا مناطق خشک و کوهستانی، اهمیت دوچندان پیدا میکند. وقتی میخواهیم از انرژی خورشیدی بهترین بهره را ببریم؛ چه در خانه، چه در کسب و کار، دانستن اثر واقعی گرما روی پنلها، راهحلهای کاهش این اثر و شیوه انتخاب تجهیزات مناسب، تفاوت بزرگی در نتیجه نهایی ایجاد خواهد کرد.
-
تاثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی چیست؟
-
ضریب دمایی (Temperature Coefficient)
-
چرا دمای بالاتر بازده را کاهش میدهد؟
-
چگونه دمای عملکرد واقعی با دمای هوای محیط تفاوت دارد؟
-
تاثیر دما بر بازدهی پنل در ایران
-
راهحلهای کاهش تاثیر دما بر پنلهای خورشیدی
-
انتخاب پنل با ضریب دمایی پایین و طراحی مناسب
-
تهویه طبیعی و نصب مناسب ماژول
-
استفاده از سیستمهای خنککاری فعال یا غیرفعال
-
بهینهسازی انتخاب محل نصب و سایهزدایی
-
نگهداری منظم و نظارت بر دمای ماژول
-
سخن پایانی
-
سوالات متداول
تاثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی چیست؟
عملکرد پنل خورشیدی به صورت مستقیم از دمای محیط و دمای خود سلول (junction temperature) تاثیر میپذیرد. زمانیکه دما بالاتر میرود، خروجی واقعی پنل پایینتر از مقدار اسمی آن خواهد بود. در ادامه به شکل دقیقتر این اثر را بررسی میکنیم.
بیشتر بخوانید: تفاوت سیستم سولار آنگرید و آفگرید چیست؟
ضریب دمایی (Temperature Coefficient)
یکی از کلیدیترین مفاهیم برای فهم تاثیر دما بر عملکرد پنل، ضریب دمایی یا همان temperature coefficient است. این ضریب نشان میدهد که با افزایش هر 1 درجه سلسیوس در دمای سلول بالاتر از دمای مرجع (معمولا 25 درجه سلسیوس) چقدر بازده یا توان خروجی کاهش مییابد.
برای مثال، بسیاری از پنلها ضریب دمایی حدود ( 0.3% تا 0.5%) به ازای هر درجه سلسیوس دارند؛ یعنی اگر دمای سلول مثلا 10 درجه بیشتر از 25 درجه شود، توان خروجی بین 3 تا 5 درصد کاهش خواهد یافت. در همین راستا، در یک گزارش آمده است: «با ضریب دمایی 0.37% درجه سلسیوس، اگر پنل در دمای 35 درجه سلسیوس کار کند، بازده از 17% به حدود 16.4% میرسد».
چرا دمای بالاتر بازده را کاهش میدهد؟
دلایل فیزیکی این کاهش به چند نکته برمیگردد:
- با افزایش دما، ولتاژ مدار باز (Voc) پنل کاهش مییابد.
- جریان کوتاهمدار (Isc) کمی افزایش مییابد، اما این افزایش برای جبران کاهش ولتاژ کافی نیست. بنابراین توان نهایی (P = V × I) کاهش مییابد.
- مقاومت داخلی سلولها با افزایش دما بیشتر میشود که بازده را پایینتر میآورد.
چگونه دمای عملکرد واقعی با دمای هوای محیط تفاوت دارد؟
نکته مهم این است که معمولا دمای سلول یا ماژول از دمای هوای محیط بیشتر است، چون جذب نور خورشید و تبدیل بخشی از آن به گرما باعث بالا رفتن دما میشود. در آزمایشها معیار مرجع دما اغلب 25 درجه سلسیوس در شرایط استاندارد آزمایش (Standard Test Conditions – STC) است. بنابراین، اگر دمای سلول به 60 درجه سلسیوس برسد، یعنی حدود 35 درجه بالاتر از مرجع، با ضریب 0.4% توان خروجی حدود 14% پایینتر از شرایط آزمایشگاهی خواهد بود.
تاثیر دما بر بازدهی پنل در ایران
ایران یکی از بالاترین میزان تابش خورشیدی در منطقه را دارد، اما همین تابش شدید با دماهای بالا همراه است و این گرما هم بخش قابلتوجهی از بازدهی پنلها را کاهش میدهد. به زبان ساده، هرچقدر تابش مناسبتر میشود، دما هم بیشتر میشود و همین افزایش دما بازده پنل را پایین میآورد؛ بنابراین بازده واقعی در بسیاری از شهرهای ایران کمتر از مقدار اسمی روی دیتاشیت خواهد بود.
در بخشهای مختلف کشور، شرایط متفاوت است. در شهرهای گرم و مرطوب مثل بندرعباس و اهواز، دمای پنل در روزهای تابستان گاهی به بالای 60 درجه سلسیوس میرسد. با توجه به ضریب دمایی پنلها (حدود 0.3% تا 0.5% برای هر درجه)، چنین دمایی توان خروجی را حتی 12 تا 18% کمتر از مقدار استاندارد میکند. در مناطق گرم و خشک مثل یزد و کرمان نیز اگرچه رطوبت کمتر است، اما گرمای شدید و تابش پیوسته همچنان دمای پنل را بالا میبرد و افت بازده محسوس خواهد بود.
در مقابل، مناطق معتدلتر مثل تهران، اصفهان و همدان شرایط متعادلتری دارند؛ یعنی با وجود اینکه تابش در بسیاری از ماهها مطلوب است، اما دما به اندازه نقاط جنوبی بالا نمیرود و همین موضوع باعث میشود راندمان واقعی سیستم به مقدار اسمی نزدیکتر باشد. در مناطق سردسیر مثل آذربایجان و کردستان، دماهای پایینتر در بخش زیادی از سال حتی بازده پنلها را نسبت به حالت استاندارد افزایش میدهند و تولید سالانه سیستم در مقایسه با مناطق بسیار گرم، قابلاتکاتر خواهد بود.
در مجموع، بیشترین کاهش بازدهی در ایران در مناطق جنوبی و گرم اتفاق میافتد و کمترین افت بازده در مناطق معتدل و سرد دیده میشود. البته ناگفته نماند که مدیریت این چالش با انتخاب پنلهایی با ضریب دمایی مناسب، طراحی درست سیستم و توجه به تهویه طبیعی امکانپذیر است و تفاوت چشمگیری در عملکرد واقعی در اقلیم ایران به ارمغان میآورد.
بیشتر بخوانید: برای یک خانه چند پنل خورشیدی لازم است؟
راهحلهای کاهش تاثیر دما بر پنلهای خورشیدی
با توجه به اینکه دما یکی از عوامل اصلی کاهش بازدهی محسوب میشود و تاثیر دما بر پنل خورشیدی و حتی تاثیر دما بر سلول خورشیدی به وضوح ثابت شده است، لازم است هم در طراحی سیستم و هم در بهرهبرداری بخشی از راهحلها را پیاده کنیم. در ادامه، چند راهکار علمی، کارا و عملی را توضیح میدهیم.
انتخاب پنل با ضریب دمایی پایین و طراحی مناسب
اولین گام این است که در زمان خرید پنل خورشیدی، به دنبال پنلی باشید که ضریب دمایی آن پایینتر باشد. کمتر بودن ضریب دمایی به این معناست که تاثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی کمتر خواهد بود. به علاوه، طراحی نصب پنلها باید به گونهای باشد که تهویه هوا در پشت ماژول به خوبی فراهم شود؛ یعنی فاصله معقول بین سقف یا ساختار و پشت پنل، جهت جریان هوای آزاد حفظ شود؛ این کار باعث کاهش دمای ماژول شده و در نتیجه بازده واقعی بالا میرود. منابع معتبر نشان میدهند که کاهش دمای سلول حتی تا چند درجه قادر است تا چند درصد بازدهی را افزایش دهد.
تهویه طبیعی و نصب مناسب ماژول
نصب پنلها با زاویه و جهت درست از لحاظ تابش خورشید، فاصله مناسب از سطح زیرین و استفاده از استراکچر پنل خورشیدی با تهویه کافی، کمک بزرگی به کاهش دمای ماژولها میکند. برای مثال، نصب پنلها روی ساختارهایی که پشت آن هوا جریان دارد یا طراحی استراکچر طوری که پانل کمی از سطح سقف فاصله داشته باشد، دمای پنل را پایین میآورد. در نتیجه، تاثیر دما بر سلول خورشیدی و توان خروجی کاهش مییابد. در همین راستا، مطالعات نشان میدهند که افزایش جریان هوای پشت پنل (تهویه جبرانی) اهمیت زیادی برای عملکرد بهینه دارد.
استفاده از سیستمهای خنککاری فعال یا غیرفعال
اگر شرایط منطقه شما طوری باشد که دما و تابش بسیار زیاد است، میتوان از روشهای خنککاری نیز استفاده کرد؛ به عنوان مثال، استفاده از آب یا هوا برای خنک کردن پشت پنل یا طراحی سیستم ترکیبی پنل به اضافه خنککننده ایده جالبی است. این روشها کمک میکنند که دمای کاری سلول پایینتر باشد و تاثیر منفی دما بر پنل خورشیدی کاهش یابد.
بهینهسازی انتخاب محل نصب و سایهزدایی
یکی دیگر از راهکارهای مهم، انتخاب محل نصب است، به طوری که تابش زیاد همراه با گرمای شدید برای زمان طولانی کمتر شود. البته که استفاده از سایبان مناسب یا انتخاب محلهایی که تابش مستقیم شدید همراه با انعکاس زیاد حرارت ندارند هم گزینه کارآمدی تلقی میشود. از سوی دیگر، در مناطقی که تابش شدید است، گزینه نصب پنلها با زاویهای متفاوت یا استفاده از پوششهای بازتابنده برای کاهش جذب حرارت پیشنهاد شده است. این موارد تاثیر دما بر سلول خورشیدی را کاهش میدهند و بازده بهتر میشود.
نگهداری منظم و نظارت بر دمای ماژول
توجه داشته باشید که نگهداری منظم، پاک سازی سطح پنل از گرد و غبار، بررسی قطعات متحرک یا استراکچر پنل خورشیدی و همچنین مراقبت از اینکه پنلها آسیبدیده یا سایهدار نشده باشند، اهمیت دارد. چون سطح کثیف یا سایهدار منجر به افزایش جذب حرارت میشود یا جریان هوای پشت پنل را مختل میکند؛ این مسائل دمای سلول را بالا برده و تاثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی را افزایش میدهد. لذا نظارت بر دمای ماژولها با سنسور یا دستگاه مناسب نیز پیشنهاد میشود تا در صورت بالا بودن دما، اقدامات اصلاحی انجام شود.
بیشتر بخوانید: تفاوت پنل خورشیدی مونو کریستال و پلی کریستال
سخن پایانی
در نهایت، هرچند دمای بالا بخشی از بازدهی پنلهای خورشیدی را کاهش میدهد، اما این موضوع به هیچ وجه دلیلی برای کنار گذاشتن انرژی پاک نیست. دما فقط یک چالش طبیعی است و خوشبختانه با انتخاب تجهیزات مناسب، طراحی اصولی، تهویه خوب و رعایت چند نکته ساده میتوان اثر آن را تا حد زیادی کنترل کرد. مهمتر اینکه مزایای انرژی خورشیدی، از صرفهجویی اقتصادی گرفته تا کمک به آیندهای سالمتر، به قدری ارزشمند هستند که هیچ گرمایی نمیتواند آن را کمرنگ کند. پس بهتر است با پنلهای خورشیدی دوست باشید، آنها را درست انتخاب کنید و اجازه بدهید حتی در گرمترین روزهای سال هم برای شما روشنایی، صرفهجویی و آرامش به همراه بیاورند.
سوالات متداول
آیا پنل خورشیدی در هوای خیلی گرم خراب میشود؟
خیر. دمای بالا باعث کاهش بازدهی میشود اما اغلب به پنل آسیبی نمیزند. تا زمانی که پنل استاندارد باشد و نصب درستی داشته باشد، حتی در گرمای شدید هم به خوبی کار میکند.
آیا پنل خورشیدی در هوای سرد بهتر کار میکند؟
بله. دمای پایین باعث افزایش ولتاژ و در نتیجه بهبود بازدهی میشود. اگر هوا سرد باشد و تابش کافی وجود داشته باشد، تولید برق پنل حتی بیشتر از مقدار اسمی خواهد بود.
آیا تمیز بودن پنل بر دما و بازده آن تاثیر دارد؟
بله. سطح کثیف نور بیشتری را جذب و به گرما تبدیل میکند و همین موضوع دمای سلول را افزایش خواهد داد. بنابراین تمیز بودن پنل، کاهش حرارت اضافی و افزایش بازده واقعی سیستم را به دنبال میآورد.
منبع: