افزایش دمای تابستانی می‌تواند چالش بزرگی برای پنل‌های خورشیدی باشد، زیرا گرما مستقیماً بر عملکرد الکتریکی آنها اثر می‌گذارد. در روز‌های گرم، افت ولتاژ و تغییرات حرارتی باعث کاهش توان خروجی و در نهایت افت راندمان سیستم می‌شود. در ادامه، بررسی می‌شود که چگونه دمای بالای تابستان بر راندمان پنل‌های خورشیدی تأثیر می‌گذارد و مقایسه‌ای میان عملکرد فناوری‌های مختلف پنل‌ها ارائه می‌شود.
اثر دما بر پارامتر‌های الکتریکی پنل‌های خورشیدی
افزایش دمای پنل‌های خورشیدی، که می‌تواند تا چندین ده درجه بالاتر از دمای محیط باشد، مستقیماً بر سه پارامتر الکتریکی آنها یعنی ولتاژ مدار باز (Voc)، جریان اتصال کوتاه (Isc) و توان بیشینه (Pmax) تأثیر می‌گذارد. این تأثیر در نهایت به کاهش توان خروجی کل سیستم خورشیدی منجر می‌شود.
۱- ولتاژ مدار باز (Voc) و اثر افزایش دما
با افزایش دما، ولتاژ مدار باز پنل‌ها به شدت کاهش می‌یابد. دلیل اصلی این پدیده، کاهش عرض نوار انرژی (Band Gap) و افزایش سرعت بازترکیب حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) در سلول‌های خورشیدی است. این کاهش ولتاژ، مهم‌ترین عامل در افت توان خروجی پنل‌ها محسوب می‌شود و می‌تواند بر ولتاژ کاری اینورتر نیز تأثیر بگذارد.
پنل‌های مونوکریستال و پلی‌کریستال: در این پنل‌های مرسوم، ولتاژ با هر درجه افزایش دمای سلول، بین ۰.۳۵ تا ۰.۵۲ درصد کاهش می‌یابد. این حساسیت نسبتاً بالا باعث می‌شود در روز‌های گرم، ولتاژ کلی رشته پنل‌ها به طور قابل توجهی افت کرده و عملکرد بهینه سیستم دچار مشکل شود.
فناوری‌های پیشرفته HJT و N-type: این پنل‌ها به دلیل طراحی بهینه سلول و کاهش نرخ بازترکیب، حساسیت کمتری به دما دارند و ولتاژ آنها معمولاً با ضریب دمایی کمتر از ۰.۳ درصد کاهش می‌یابد. این ویژگی باعث می‌شود آنها حتی در دما‌های بسیار بالا نیز ولتاژ پایدار و بازدهی بالاتری ارائه دهند.
پنل‌های Thin-Film: این پنل‌ها به دلیل ساختار نازک و مواد نیمه‌رسانای متفاوت، کمترین حساسیت به دما را دارند و کاهش ولتاژ آنها تنها ۰.۱۰ تا ۰.۱۵ درصد به ازای هر درجه سانتی‌گراد است. این مزیت باعث می‌شود عملکرد آنها در روز‌های گرم نسبت به پنل‌های کریستالی پایداری بیشتری داشته باشد.
جریان اتصال کوتاه در پنل، درواقع بیشترین جریانی است که پنل می‌تواند تولید کند. با افزایش دما، این جریان کمی افزایش می‌یابد. این افزایش ناچیز، به دلیل افزایش تحرک حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) است. با این حال، اثر این افزایش ناچیز در مقایسه با کاهش شدید ولتاژ، بسیار کم است و نمی‌تواند افت کلی توان خروجی را جبران کند.
پنل‌های مونوکریستال و پلی‌کریستال: در این پنل‌ها، جریان با هر درجه افزایش دما تقریباً ۰.۰۶۵ درصد افزایش می‌یابد. این افزایش بسیار ناچیز است و در محاسبات فنی تأثیر مهمی بر توان خروجی پنل‌ها ندارد.
فناوری‌های پیشرفته HJT و N-type: این پنل‌ها با طراحی بهینه سلول خورشیدی، میزان افزایش جریان را در دما‌های بالا به حداقل می‌رسانند تا توان خروجی را در شرایط آب و هوایی گرم حفظ کنند.
پنل‌های Thin-Film: این پنل‌ها به دلیل ساختار لایه‌ای نازک، افزایش جریان اتصال کوتاه کمتری را تجربه می‌کنند که به پایداری بیشتر آنها در دما‌های بالا کمک می‌کند.
توان بیشینه که مهم‌ترین شاخص عملکرد پنل خورشیدی است، با افزایش دما کاهش می‌یابد. این کاهش، نتیجه مستقیم کاهش شدید ولتاژ و افزایش ناچیز جریان است. این پدیده بر راندمان عملیاتی پنل تأثیر مستقیم دارد. برای سنجش این اثر، از ضریب دمایی توان استفاده می‌شود که نشان می‌دهد توان پنل به ازای هر درجه سانتی‌گراد، چند درصد کاهش می‌یابد.
پنل‌های مونوکریستال و پلی‌کریستال: در این پنل‌ها، افزایش دمای سلول می‌تواند توان بیشینه را بین ۱۰ تا ۱۵ درصد کاهش دهد. این افت قابل توجه، یکی از دلایل اصلی کاهش راندمان سیستم‌های خورشیدی در فصل تابستان است.
فناوری‌های پیشرفته HJT و N-type: این پنل‌ها با ضریب حرارتی پایین، کاهش توان بیشینه ناشی از افزایش دما را به حداقل می‌رسانند. به همین دلیل، کاهش توان در این پنل‌ها معمولاً کمتر از ۵ درصد است که نشان‌دهنده عملکرد مناسب آنها در مناطق گرمسیری است.
پنل‌های Thin-Film: این پنل‌ها نیز با کاهش راندمان بین ۵ تا ۷ درصد، پایداری دمایی بالاتری نسبت به پنل‌های کریستالی دارند و در شرایط تابش شدید، عملکرد یکنواخت‌تری ارائه می‌دهند.
در رابطه با موضوع افت راندمان پنل‌های خورشیدی، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «پنل خورشیدی اگر استفاده نشود چه می‌شود؟ بررسی علمی افت راندمان در حالت بیکار» به بررسی دلایل کاهش عملکرد پنل‌های خورشیدی در صورت عدم استفاده می‌پردازد.
برای اطلاعات بیشتر، مقاله «Thermal Effects on Solar Cells: A Comprehensive Review» در Sustainable Energy Research به بررسی اثرات دمایی بر عملکرد سلول‌های خورشیدی و ارتباط دما با کارایی سیستم‌های فتوولتائیک می‌پردازد.
همچنین مقاله «An Optics-Based Approach to Thermal Management of Photovoltaics: Selective-Spectral and Radiative Cooling» در Sustainable Energy Research اطلاعات مفیدی در رابطه با روش‌های مدیریت حرارتی در سیستم‌های فتوولتائیک با استفاده از فناوری‌های اپتیکی ارائه می‌دهد.
دمای بالا، به ویژه در تابستان، عملکرد پنل‌های خورشیدی را به طور مستقیم تحت تأثیر قرار می‌دهد. با افزایش دما، ولتاژ مدار باز پنل کاهش می‌یابد در حالی که جریان اتصال کوتاه فقط کمی افزایش پیدا می‌کند. این افت ولتاژ، عامل اصلی کاهش توان بیشینه پنل است.
در مورد فناوری‌های نوین خورشیدی که مقاومت بهتری در برابر حرارت دارند، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «فناوری Topcon؛ جهشی در راندمان پنل‌های خورشیدی» به بررسی فناوری Topcon می‌پردازد که با بهره‌گیری از سلول‌های نوع N و ساختار اکسید تونلی، راندمان پنل‌های خورشیدی را به حدود ۲۵ تا ۲۶ درصد افزایش داده و افت عملکرد ناشی از نور (LID) را کاهش می‌دهد.
همچنین در این زمینه، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «راندمان پنل‌های Half-cell و تأثیر آن بر بازدهی نیروگاه‌های خورشیدی» به بررسی ساختار و عملکرد پنل‌های نیم‌سلولی (Half-cell) می‌پردازد و مزایای آنها در افزایش راندمان نیروگاه‌های خورشیدی را تحلیل می‌کند.
پنل‌های سنتی مرسوم مانند مونوکریستال و پلی‌کریستال حساسیت بیشتری به دما دارند و در نتیجه کاهش توان بیشتری را تجربه می‌کنند. در مقابل، پنل‌های مدرن HJT، N-type و Thin-Film به دلیل طراحی بهینه، در دما‌های بالا عملکرد پایدارتری دارند و راندمان آنها کمتر افت می‌کند. این کاهش راندمان پنل‌ها در تابستان معمولاً برای دمای سلول حدود ۶۰ درجه سلیسیوس گزارش می‌شود.
| نوع پنل خورشیدی | ضریب دمایی توان (%/°C) | کاهش راندمان تقریبی در دمای C° ۶۰ |
| پلی‌کریستال (Poly-Si) | ۰.۴۰ – ۰.۴۵ | %۱۲ تا ۱۵% |
| مونوکریستال (Mono-Si) | ۰.۳۵ – ۰.۴۰ | %۱۰ تا ۱۲% |
| مونوکریستال دوطرفه (Bifacial) | ۰.۳۵ – ۰.۳۸ | %۷ تا ۹% |
| Thin-Film | ۰.۲۰ – ۰.۳۰ | %۵ تا ۷% |
| HJT (Heterojunction) | ۰.۲۴ – ۰.۲۶ | %۳ تا ۵% |
| N-type Mono-Si | ۰.۲۲ – ۰.۲۶ | %۳ تا ۵% |
افزایش دما در تابستان، باعث افت عملکرد پنل‌های خورشیدی می‌شود. با بالا رفتن دما، ولتاژ مدار باز کاهش یافته و در نتیجه، توان بیشینه پنل نیز افت می‌کند. این کاهش راندمان در پنل‌های سنتی مرسوم مانند مونوکریستال و پلی‌کریستال محسوس‌تر است (حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد)، در حالی که پنل‌های مدرن HJT، N-type و Thin-Film به دلیل طراحی پیشرفته، افت کمتری (حدود ۳ تا ۵ درصد) دارند.
برای مقابله با این مشکل، می‌توان از روش‌های مختلف خنک‌سازی مانند سیستم‌های هیبریدی PV-T، خنک‌سازی غیرفعال و طراحی نصب بهینه برای کاهش دمای پنل و حفظ راندمان در روز‌های گرم استفاده کرد.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی 
خبرهای مرتبط
