در سال‌های اخیر، استفاده از پنل‌های Half-cell در پروژه‌های خورشیدی کشور رو به افزایش گذاشته است. این نوع ماژول‌ها به دلیل ساختار پیشرفته، تلفات کمتر و عملکرد بهتر در شرایط محیطی، به گزینه‌ای مهم در طراحی نیروگاه‌های خورشیدی تبدیل شده‌اند. رشد استفاده از این پنل‌ها نشان می‌دهد که طراحان نیروگاه‌های خورشیدی به دنبال راه‌حل‌هایی با راندمان بالاتر و عملکرد پایدارتر در شرایط اقلیمی متنوع کشور هستند.
طراحی خاص پنل‌های Half-cell نه تنها ساختار فیزیکی سلول‌های خورشیدی را دگرگون کرده است، بلکه مسیر حرکت جریان و رفتار الکتریکی کل ماژول را نیز بهبود بخشیده است. در ادامه سه مؤلفه کلیدی در عملکرد این نوع پنل‌ها بررسی می‌شود:
در پنل‌های Half-cell، هر سلول سیلیکونی کامل به دو نیم‌سلول تقسیم می‌شود که به صورت سری با نیم‌سلول‌های دیگر در ماژول قرار می‌گیرند. این ساختار باعث کاهش جریان عبوری در هر مسیر می‌شود، در نتیجه تلفات ناشی از مقاومت اهمی در مسیر داخلی کاهش یافته و راندمان کلی پنل افزایش می‌یابد.
نصف شدن سلول‌های خورشیدی باعث دو برابر شدن خطوط عبور جریان الکتریکی در پنل می‌شود. این افزایش مسیر موجب کاهش شدت جریان در هر مسیر و کاهش گرمای تولیدی می‌گردد، که در کنار پایداری عملکرد در دما‌های بالا، به افزایش طول عمر پنل نیز کمک می‌کند.
در طراحی پنل‌های Half-cell، سلول‌ها در دو بخش بالا و پایین ماژول تقسیم شده‌اند و هر بخش به مدار جداگانه‌ای متصل است. این طراحی باعث می‌شود در صورت سایه‌افتادگی روی یکی از بخش‌ها، عملکرد بخش دیگر مختل نشود و در نتیجه، افت توان کلی پنل کمتر از پنل‌های Full-cell باشد.
به دلیل کاهش جریان عبوری از هر سلول، پنل‌های Half-cell کمتر در معرض بروز نقاط داغ قرار می‌گیرند. این ویژگی باعث جلوگیری از تمرکز حرارت در یک نقطه خاص شده و ریسک آسیب دیدن سلول‌ها یا لایه‌های ماژول کاهش می‌یابد. در نتیجه، ایمنی و دوام پنل افزایش می‌یابد.
با کاهش تلفات اهمی در مسیر جریان، اختلاف بین ولتاژ مدار باز (Voc) و ولتاژ کاری واقعی کاهش می‌یابد. این موضوع باعث بهبود ضریب پرشدگی شده که یکی از شاخص‌های مهم در تعیین راندمان واقعی پنل خورشیدی است. پنل‌های Half-cell معمولاً ضریب پرشدگی بالاتری نسبت به نمونه‌های Full-cell دارند.
در طراحی Half-cell، جریان کمتر در مسیر‌ها باعث کاهش میزان گرمای تولید شده در نقاط اتصال بین سلول‌ها می‌شود. این موضوع استهلاک مکانیکی اتصالات و احتمال خرابی ناشی از انبساط و انقباض حرارتی را کاهش می‌دهد. در بلندمدت، این ویژگی بر پایداری عملکرد ماژول اثر مثبتی دارد.
ماژول‌های Half-cell معمولاً به گونه‌ای طراحی می‌شوند که هر بخش از سلول‌ها (بالا و پایین) به دیود بای‌پس مجزا متصل باشند. این طراحی باعث عملکرد بهتر در هنگام سایه‌افتادگی یا خرابی موضعی سلول می‌شود و از افت توان کلی ماژول جلوگیری می‌کند.
در طراحی و بهره‌برداری از نیروگاه‌های خورشیدی، انتخاب نوع پنل نقشی کلیدی در بازده نهایی سیستم ایفا می‌کند. پنل‌های Half-cell با ساختار نوآورانه خود، عملکردی متفاوت نسبت به مدل‌های Full-cell از خود نشان می‌دهند. بررسی‌های میدانی در پروژه‌های واقعی، تفاوت‌هایی معنادار در راندمان، پایداری توان و بهره‌وری اقتصادی این دو فناوری را آشکار کرده است.
اندازه‌گیری‌ها در نیروگاه‌های واقعی نشان می‌دهد پنل‌های Half-cell در مقایسه با پنل‌های Full-cell، در شرایط گرم، پرتابش و دارای سایه جزئی، تا حدود ۳% راندمان بالاتری ارائه می‌دهند. این به دلیل کاهش مقاومت داخلی، طراحی بهینه مسیر جریان و تاب‌آوری بیشتر در برابر سایه است.
در زمان‌هایی که تابش خورشید مایل است یا بخشی از پنل تحت تأثیر سایه قرار دارد، پنل‌های نیم‌سلولی افت توان کمتری تجربه می‌کنند. به علت تقسیم جریان در مسیر‌های جداگانه، توزیع توان خروجی یکنواخت‌تر و پایداری سیستم بالاتر باقی می‌ماند.
اگرچه تفاوت عملکرد ۲ تا ۳ درصدی ممکن است در نگاه اول ناچیز به نظر برسد، اما در مقیاس مگاواتی و در طول عمر بهره‌برداری، این اختلاف به افزایش محسوس در مجموع انرژی تولیدی و کاهش LCOE منجر می‌شود. از این رو، انتخاب Half-cell در پروژه‌های تجاری توجیه‌پذیرتر است.
با گذار از تحلیل فنی به ارزیابی اقتصادی، اهمیت انتخاب نوع پنل در سودآوری بلندمدت نیروگاه‌ها بیش از پیش نمایان می‌شود. هرچند هزینه اولیه پنل‌های Half-cell اندکی بیشتر است، اما بازدهی بالاتر و دوام عملکرد آنها، مزیت‌هایی را به همراه دارد که در چرخه عمر پروژه، به صرفه‌جویی قابل‌توجه و کاهش ریسک سرمایه‌گذاری منجر می‌شود.
افزایش بازده عملیاتی پنل‌های Half-cell از طریق کاهش تلفات اهمی، کنترل بهتر گرمایش نقاط اتصال و عملکرد مؤثر در شرایط سایه‌افتادگی، منجر به تولید انرژی بیشتر در واحد سطح و زمان می‌شود. این افزایش خروجی انرژی، در حالی که هزینه سرمایه‌گذاری اولیه تغییر چندانی ندارد، سبب کاهش هزینه تمام‌شده تولید هر کیلووات ساعت برق می‌شود. در پروژه‌های بزرگ، این ویژگی بهبود قابل‌توجهی در بازگشت سرمایه ایجاد می‌کند.
پنل‌های Half-cell با تولید انرژی بیشتر در واحد سطح و بهبود عملکرد در شرایط محیطی سخت، موجب افزایش درآمد عملیاتی نیروگاه می‌شوند. این افزایش تولید، در نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه با قرارداد خرید تضمینی برق، به کاهش زمان بازگشت سرمایه و بهبود شاخص‌های اقتصادی پروژه منجر می‌شود. در نتیجه، استفاده از این پنل‌ها در پروژه‌های بزرگ و در مناطق با تابش خورشیدی بالا، می‌تواند به تحقق سریع‌تر سوددهی اقتصادی کمک کند.
به دلیل طراحی الکتریکی بهینه در پنل‌های Half-cell، جریان در هر مسیر کاهش یافته و توزیع توان یکنواخت‌تری حاصل می‌شود. این ویژگی باعث کاهش ایجاد نقاط داغ (Hot Spots) و تحمل بیشتر در برابر سایه‌اندازی‌های جزئی می‌شود. در نتیجه، نرخ خرابی ماژول‌ها کاهش یافته و نیاز به عملیات نگهداری پیشگیرانه، تعویض قطعات آسیب‌دیده و بازدید‌های میدانی مکرر به‌طور محسوسی کمتر می‌شود.
برای بهره‌گیری کامل از مزایای فنی پنل‌های Half-cell، توجه ویژه به نکات طراحی و اجرایی در پروژه‌های نیروگاهی ضروری است. رعایت دقیق این الزامات، موجب افزایش عمر مفید و حفظ راندمان بالای سیستم در طول زمان خواهد شد.
تنظیم دقیق آرایش استرینگ‌ها با پنل‌های Half-cell در طراحی نیروگاه خورشیدی اهمیت بالایی دارد؛ زیرا توزیع جریان بین نیم‌سلول‌ها باید به صورت متعادل انجام شود. چنانچه جریان‌ها به درستی مدیریت نشود، احتمال بروز نقاط داغ ناشی از جریان‌های ناهمگن افزایش می‌یابد که باعث کاهش عمر پنل و افت بازده نیروگاه می‌شود.
برای دستیابی به عملکرد بهینه، لازم است اتصال‌های سری و موازی نیم‌سلول‌ها در استرینگ‌ها با دقت اجرا شود و تفاوت‌های ولتاژ و مقاومت بین مسیر‌ها به حداقل برسد.
در پنل‌های Half-cell به دلیل کاهش جریان عبوری از هر مسیر، کابل‌کشی باید با در نظر گرفتن مقاومت اهمی، طول مسیر و سطح مقطع مناسب طراحی شود تا تلفات ولتاژ به حداقل برسد. از سوی دیگر، اینورتر‌هایی که دارای ورودی‌های مستقل با قابلیت MPPT چندگانه هستند، گزینه‌ای ایده‌آل برای این ساختار محسوب می‌شوند.
این ویژگی در نیروگاه‌هایی با ناهمگونی تابش یا وجود سایه‌های موضعی، امکان ردیابی نقطه توان حداکثری در استرینگ‌های متفاوت را فراهم می‌کند و باعث افزایش راندمان کلی سیستم می‌شود.
با توجه به ابعاد تقریباً مشابه پنل‌های Half-cell و Full-cell، طراحی مکانیکی ردیاب‌ها و سازه‌ها باید به‌گونه‌ای انجام شود که بتواند تحمل حرارتی ناشی از گرمای کمتر تولید شده توسط پنل‌های نیم‌سلولی را داشته باشد. علاوه بر این، تنش‌های مکانیکی ناشی از انبساط و انقباض حرارتی باید در نظر گرفته شود تا از آسیب‌های احتمالی جلوگیری شود.
استفاده از مواد با ضریب انبساط حرارتی پایین و اتصالات مقاوم و انعطاف‌پذیر، از عوامل کلیدی در تضمین دوام و پایداری طولانی‌مدت سیستم نیروگاه‌های خورشیدی با پنل‌های Half-cell به شمار می‌رود.
در نصب پنل‌های Half-cell باید دقت شود که نیم‌سلول‌ها به صورت دقیق و ترازشده روی سازه قرار گیرند تا از بروز سایه‌اندازی داخلی و کاهش کارایی جلوگیری شود. تراز بودن دقیق سلول‌ها به بهینه‌سازی دریافت تابش و جلوگیری از افت توان کمک می‌کند.
در فرآیند نگهداری، استفاده از تجهیزات ضدخوردگی مخصوص و پاک‌کننده‌های متناسب با ساختار نیم‌سلولی برای حفظ شفافیت سطح پنل و جلوگیری از آسیب‌دیدگی سلول‌ها اهمیت بالایی دارد.
ظرفیت تولید داخلی پنل‌های Half-cell در کشور طی سال‌های اخیر رشد قابل توجهی داشته است. شرکت‌های داخلی با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته و دانش فنی بومی، موفق به تولید پنل‌های Half-cell با کیفیت و راندمان بالا شده‌اند که از نظر کارایی و دوام، در سطح قابل رقابت با نمونه‌های وارداتی قرار دارند. این پنل‌ها با کاهش اثرات سایه‌اندازی و افزایش بهره‌وری، نقش مهمی در بهبود عملکرد نیروگاه‌های خورشیدی ایفا می‌کنند و همزمان هزینه‌های پروژه را بهینه می‌سازند.
در زمینه توسعه فناوری و بهبود ساختار پنل‌های Half-cell، تولیدکنندگان داخلی توانسته‌اند محصولات متناسب با شرایط اقلیمی و نیاز بازار کشور عرضه کنند که دارای مقاومت بالا در برابر عوامل محیطی و طول عمر مطلوب هستند. این روند رو به رشد تولید داخلی ضمن افزایش خودکفایی صنعت خورشیدی، زمینه‌ساز ارتقاء کیفیت و افزایش سهم بازار داخلی در این حوزه است. هرچند بهبود مستمر و نوآوری در فناوری‌ها همچنان ضروری است، اما چشم‌انداز تولید پنل‌های Half-cell داخلی بسیار امیدوارکننده است.
پنل‌های خورشیدی Half-cell با طراحی نوآورانه خود، توانسته‌اند محدودیت‌های رایج پنل‌های Full-cell را در زمینه تلفات اهمی، اثرات سایه و استرس حرارتی کاهش دهند. این فناوری با بهبود ساختار سلول‌ها و افزایش مسیر‌های جریان، راندمان عملیاتی را در شرایط محیطی سخت به طور محسوسی افزایش می‌دهد. بررسی‌های میدانی نشان می‌دهد که استفاده از این پنل‌ها در مقیاس نیروگاهی، علاوه بر افزایش انرژی تولیدی، هزینه‌های عملیاتی را کاهش داده و بازگشت سرمایه را تسریع می‌کند.
به علاوه، رعایت دقیق الزامات طراحی و نکات اجرایی مرتبط با پنل‌های Half-cell، کلید حفظ عملکرد پایدار و دوام طولانی مدت سیستم‌های خورشیدی است. بنابراین، این فناوری به عنوان گزینه‌ای کارآمد و اقتصادی برای پروژه‌های خورشیدی در اقلیم‌های گرم و خشک کشور، جایگاه ویژه‌ای یافته است.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی 
خبرهای مرتبط
