بازتابها در سیستمهای فتوولتائیک

هزینه نسبتا پائین فتوولتائیکها باعث شده که استفاده از بازتابها در آنها به فراموشی سپرده شود. سوال مطرح برای خیلی از علاقه مندان سیستمهای خورشیدی این است که چرا برای افزایش میزان تابش نور بر روی پنلها و در نتیجه افزایش توان خروجی، از آینه استفاده نمیشود؟!

قصد داریم پاسخ این پرسش را، با مرور برخی اقدامات عملی انجام گرفته، مورد بررسی قرار دهیم.

در بحث فتوولتائیک، عمده تلاشها برای افزایش راندمان سلولهای خورشیدی متمرکز دارد و هر روزه شاهد اخبار جدید از نتایج بررسیها و پژوهشهای نوین هستیم. وقتی  برق ارزان قیمت در دسترس باشد معمولا کسی در فکر ابتکار برای افزایش توان خروجی سیستمهای خورشیدی نخواهد بود. اما این تداوم نخواهد داشت و واقعی شدن قیمت برق در ایران، دیر یا زود خواهد افتاد و استفاده از سیستمهای برق خورشیدی و روشهای افزایش راندمان آن، با هر هزینه ای مورد نیاز خواهد بود.

 

 

 

یک تیم تحقیقاتی در کانادا، بر تاثیر بازتاب نور از آینه ها روی پنلهای فتوولتائیک بررسیهایی را انجام داده و به نتایج جالبی در جهت افزایش قابل توجه توان خروجی دست یافته. آنها با شبیه سازی نشان دادند که، با این روش،افزایش ۳۰ درصدی در توان خروجی، قابل دسترس میباشد و بررسی خود را بجای تمرکز بر تک تک پنلها، بر کل سیستم معطوف ساختند. در سیستمهای فتوولتائیک، برای اجتناب از سایه پنلهای مجاور، فاصله ای را مابین ردیفها در نظر میگیرند که باعث هدر رفتن مساحت قابل استفاده و از دست رفتن انرژی تابشی قابل جذب میشود.

در مزارع خورشیدی بزرگ نیز بنا بر همین دلیل ذکر شده، جهت اجتناب از سایه پنلهای دیگر، به فضای بیشتری نیاز هست. این فضای خالی بین ردیف پنلها، باعث هدر رفتن انرژی قابل جذب خورشید میگردد. این فضای خالی میتواند جهت استقرار صفحات بازتاب نور مورد استفاده قرار گیرد. البته تلاشهایی هم برای استفاده از این فضای خالی جهت کشت محصولات کشاورزی انجام شده که اصطلاحا agrivoltaics نامیده میشود.

ولی عامل اصلی در استفاده نکردن از بازتابها را میتوان مباحث مرتبط با گارانتی سازندگان پنلها ذکر کرد. معمولا برای پنلها، برای مدت ۲۰ تا ۳۰ سال تحت شرایط خاصی که از طرف سازنده اعلام میگردد، گارانتی کارخانه شامل میشود. عامل دیگر در عدم استقبال از بازتابها در نیروگاههای فتوولتائیک، این است که استفاده از تعداد بیشتر پنلهای ارزانتر در مقایسه با بکار بستن بازتابدهنده ها صرفه اقتصادی بیشتری دارد، مگر آنکه تغییر در قیمت خرید برق توسط دولت، استفاده از باتاب دهنده ها را توجیح نماید.

اما اگر واقعا، نور خورشید را بر روی پنل خورشیدی بازتاب دهیم چه اتفاقی خواهد افتاد؟

هر چه میزان تابش نور خورشید، بکمک آینه یا هر گونه بازتاب دهنده نور، بر روی یک پنل فتولتائیک بیشتر باشد افزایش نوسانات دمایی بر روی پنل را منجر خواهد شد. شبیه سازیهای نور بروش قدیمی، تاثیر بازتابش را به اشتباه پیشبینی کرده و بدلیل عدم اطمینان از بروز نقاط داغ احتمالی، استفاده از بازتاب دهنده های نور برای نیروگاههای فتوولتائیک توصیه نمیشد. عکس برداری با نور مادون قرمز نشان میدهد که چطور بازتاب دهنده، نور بیشتری را به روی پنل متمرکز نموده و منجر به افزایش توان تولیدی آن میشود. تیم کانادایی، با استفاده از بازتابش دوطرفه، برای پیشبینی تاثیر بازتاب نور بر روی پنلها، روشی را موسوم به BDRF ابداع نمودند. این روش، بطور گسترده در ساخت فیلمها و بازیهای تلوزیونی برای ایجاد تصاویر شبه واقعیت کاربرد دارد. این روش توضیح میدهد که چطور نور از سطوح نامنظم بازتابش کرده و ایجاد روشنایی غیر مستقیم مینماید. این دقیقا همان چیزی بود که آنها برای پیشبینی تاثیرات بازتاب غیر مستقیم بر روی پنلها نیاز داشتند. آنها با استفاده از روش BDRF  به بررسی میزان و نحوه بازتابش نور، وقتی در میان ردیفهای پنلهای خورشیدی یک نیروگاه قرار میگیرند، پرداختند. نتیجه قابل توجه این بود که نقاط داغ ایجاد شده از آنچه در مدلهای نوری ساده پیشبینی شده بود بسیار کمتر بود.

در یک مدل آزمایشی، آنها ابتدا بازتاب دهنده ها را در میان پنلهایی که در زاویه درست خود قرار نداشتند نصب کردند و به در افزایش توان خروجی دست یافتند. و برای حالتی که پنلها در زاویه بهینه خود قرار داشتند شاهد افزایش ۱۸ درصدی در راندمان شدند که با بکار بستند بازتابندهنده های مناسبتر این رقم تا ۳۰ درصد قابل افزایش میباشد.

سیستمهای فتوولتائیک که در پشت بام ساختمانها احداث میشود، علی رغم تولید توان کمتر در مقایسه با مزارع خورشیدی بزرگ، یک برتری عمده دارد و آن عبارت است از کوتاه بودن مسیر انتقال از تولید به مصرف میباشد چرا که برق تولیدی در همان ساختمان و یا ساختمانهای مجاور مصرف میگردد و کوتاهی مسیر انتقال، تلفات انتقال را به حداقل ممکن میرساند. اما مساحت قابل استفاده در این ساختمانها و درنتیجه مقدار برق قابل تولید محدود میباشد.

اخیرا شرکت TenK Solar روشی را برای افزایش راندمان سیستمهای فتوولتائیک نصب شده در پشت بام ساختمانها با استفاده از بازتاب دهنده های نوار باریک در فضای مابین پنلها ابداع کرده است. برای اینکار، آنها به بررسی مجدد سلولهای خورشیدی و نحوه ارتباطات آنها با یکدیگر پرداختند. در سیستمهای فتوولتائیک معمولی، پنلها بصورت استرینگ سری به هم متصل میگردند و موقع اختلال در نور تابیده شده به یکی از پنلها، کل استرینگ تحت تاثیر قرار میگیرد. سلولهای خورشیدی که بصورت سری، در پنلها، به هم متصل میگردند نیز با همین مشکل مواجه میباشند. وجود سایه بر روی یک سلول، منجر به کاهش راندمان در کل پنل میگردد. TenK، این مشکل را با طراحی منحصر بفرد پنل فتوولتائیک، حل کرده است. آنها، در هر پنل، تعداد ۶ عدد مبدل DC به  DC را در یک ترکیب سری/موازی خاص بکار بستند که توان خروجی کامل را، با وجود اشکال احتمالی در هر سلول، فراهم میکند. این نحوه اتصال خاص باعث کاهش فضای بلا استفاده مابین پنلها میشود. در این حالت، سایه ردیف مجاور، تمام سیستم را تحت تاثیر قرار نمیدهد و لذا زاویه قرارگیری پنل میتواند افزایش یابد که این به نوبه خود منجر به نزدیکتر شدن پنلها به هم و در نتیجه کمتر شدن فضای مورد نیاز میشود. زاویه تند پنلها، همچنین باعث تمیزتر شدنشان در مواقع بارندگی میگردد. یک صفحه پلاستیکی، با لایه نازکی از نوعی پوشش، که “آینه خنک” نامیده میشود،، بر روی شیشه بازتاب قرار داده میشود، اینکار، توان خروجی را با بازتابش نور و جذب بیشتر انرژی در فضای مابین ردیفها، افزایش میدهد. استفاده از آینه خنک، باعث اجتناب از تمرکز حرارت نور خورشید بازتاب یافته و افت راندمان ناشی از حرارت میگردد.

همانند همه تراشه های سیلیکونی، مبدلهای DC و میکرو اینورترها روز به روز در حال کاهش قیمت هستند. آنها بر افزایش راندمان و قابلیت اطمینان خود و کاربرد آسان تمرکز نموده اند. مطالعه سیستمهای خورشیدی تک اینورتری نشان میدهد که آنها دارای متوسط راندمان ۶۶ درصد میباشند. بطور واضح، بموازات کاهش قیمت، سیستمهاتی پیچیده تر با راندمان بالاتر دور از ذهن نخواهد بود. مدارهای مجتمع، سلولهای خورشیدی را بهینه خواهند ساخت و آنها را به یک خروجی ساده ۱۱۰ یا ۲۲۰ ولت AC ساده تبدیل خواهد کرد که در صورت بی باری بطور خودکار از کار خواهد افتاد. این یک وسیله ایمن خواهد بود و از بروز شوکهای الکتریکی به افراد ، قبل از نصب، جلوگیری خواهد کرد. با محدود کردن ولتاژ داخل پنل به ۱۵ ولت دیگر هیچ شوک و آرکی رخ نخواهد داد در حالی که در نوع معمولی، ولتاژها بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ ولت بوده و احتمال آرک و آتش سوزی و برق گرفتگی افرادی که با آنها سرو کار دارند وجود دارد. قیمت برق خورشیدی در نهایت بر هزینه سوخت فسیلی غالب خواهد شد و در آینده وقتی به گذشته نگاه کنیم، سیستمهای خورشیدی فعلی بسیار ابتدایی به نظر خواهند رسید.

 

گردآورنده: میرجعفرسیدمردانی

رفرنس:

https://theconversation.com/amp/can-mirrors-boost-solar-panel-output-and-help-overcome-trumps-tariffs-90663

https://www.renewableenergyworld.com/ugc/articles/2013/09/reflectors-significantly-raise-the-efficiency-of-flat-rooftop-solar.html

 

مطالب مرتبط

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.




ارسال