طراحی یک نیروگاه خورشیدی موفق، فرآیندی پیچیده است که مهندسان باید در آن تمام شرایط اقلیمی منطقه را با دقت در نظر بگیرند. عوامل محیطی مانند تابش خورشید، دما، رطوبت، میزان بارش و سرعت باد، هر یک به نحوی بر عملکرد، بازدهی و عمر مفید سیستم‌های فتوولتائیک تأثیر می‌گذارند.
نادیده گرفتن این عوامل می‌تواند به طراحی ناکارآمد، کاهش تولید انرژی و افزایش هزینه‌های نگهداری در بلندمدت منجر شود. در ادامه این متن، تأثیرات اقلیم بر طراحی نیروگاه‌های خورشیدی و راهکارهای مهندسی برای بهینه‌سازی آن در شرایط محیطی مختلف بررسی می‌شود.
تابش خورشیدی مهم‌ترین پارامتر اقلیمی در طراحی نیروگاه خورشیدی است. میزان و الگوی تابش در یک منطقه، مستقیماً میزان انرژی تولیدی سیستم را تعیین می‌کند. طراحی موفق، نیازمند بهینه‌سازی زاویه نصب و جهت‌گیری پنل‌ها برای جذب حداکثری تابش است.
در مناطق با آسمان صاف و آفتاب فراوان، تابش مستقیم غالب است. در این شرایط، زاویه بهینه پنل‌ها بر اساس عرض جغرافیایی محاسبه می‌شود. در ایران، این زاویه معمولاً برابر با عرض جغرافیایی محل نصب است. در مقابل، در مناطق ابری، تابش پراکنده نقش مهم‌تری ایفا می‌کند و زاویه نصب باید به گونه‌ای انتخاب شود که بیشترین انرژی را در طول سال یا در فصول اوج مصرف جذب کند.
علاوه بر این، سایه‌اندازی جزئی بر روی یک پنل می‌تواند عملکرد کل رشته (String) را کاهش دهد. در طراحی باید مسیر خورشید در فصول مختلف و سایه‌های ناشی از درختان، ساختمان‌ها یا عوارض زمین به دقت بررسی شود.
در ارتباط با این موضوع، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «راهنمای کامل امکان‌سنجی احداث نیروگاه‌های خورشیدی در ایران» به بررسی مراحل مختلف امکان‌سنجی پروژه‌های نیروگاه خورشیدی در کشور می‌پردازد. این مقاله شامل تحلیل شرایط تابشی و اقلیمی، طراحی سیستم بر اساس ظرفیت پروژه، تحلیل اقتصادی و ارزیابی تأثیرات زیست‌محیطی و اجتماعی است.
دما و رطوبت از جمله عواملی هستند که می‌توانند به صورت مستقیم و غیرمستقیم بر کارایی پنل‌های خورشیدی تأثیر بگذارند. افزایش دما به کاهش بازدهی سلول‌ها منجر می‌شود و رطوبت بالا می‌تواند به تخریب قطعات بیانجامد.
با افزایش دمای پنل، بازدهی آن کاهش می‌یابد. این کاهش به صورت یک ضریب (معمولاً بین ۰.۳٪- تا ۰.۵٪- به ازای هر درجه سانتی‌گراد افزایش دما) در مشخصات فنی پنل‌ها ذکر می‌شود. در مناطق گرمسیری، این کاهش بازدهی باید در محاسبات اولیه تولید انرژی در نظر گرفته شود.
در این مناطق، طراحی سیستم با فضای کافی برای تهویه و جریان هوا در پشت پنل‌ها ضروری است. این کار به کاهش دمای پنل‌ها و بهبود بازدهی کمک می‌کند. نصب پنل‌ها در ارتفاع مناسب از سطح زمین یا سقف نیز به همین منظور انجام می‌شود.
رطوبت بالا و تغییرات دما می‌تواند به پدیده جدا شدن لایه‌ها (Delamination) منجر شود. همچنین در شرایط رطوبتی بالا، پدیده تخریب ناشی از اثر پتانسیل القایی (PID) تشدید می‌شود. بنابراین، انتخاب پنل‌های باکیفیت و دارای گواهینامه مقاومت در برابر این پدیده‌ها در مناطق مرطوب حیاتی است.
وزش باد و بارش برف، به عنوان دو عامل مکانیکی و محیطی، بر استحکام سازه و عملکرد پنل‌ها تأثیر می‌گذارند. طراحی سازه و انتخاب تجهیزات باید به گونه‌ای باشد که در برابر این عوامل مقاومت کافی داشته باشند.
سرعت باد بالا می‌تواند نیروی قابل توجهی بر سازه و پنل‌ها وارد کند. طراحی سازه باید بر اساس حداکثر سرعت باد در منطقه انجام شود و مقاومت مکانیکی پنل‌ها نیز باید مطابق با استانداردهای بین‌المللی مانند IEC 61215 باشد.
در مناطق با بارش سنگین برف، وزن برف می‌تواند فشار زیادی بر پنل‌ها و سازه وارد کند. زاویه نصب پنل‌ها باید به گونه‌ای انتخاب شود که برف به راحتی از روی آن‌ها سر بخورد. همچنین، نوع سازه و استحکام آن باید برای تحمل وزن برف طراحی شود. با این حال، باران و برف می‌توانند به عنوان عوامل پاک‌کننده طبیعی عمل کنند و گرد و غبار را از سطح پنل‌ها پاک کنند.
در این زمینه، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «راهنمای تخصصی طراحی سازه نیروگاه خورشیدی در مناطق بادخیز» به بررسی الزامات طراحی سازه‌های نگهدارنده پنل‌های خورشیدی در مناطق با باد‌های شدید می‌پردازد. این مقاله شامل تحلیل اقلیم باد، انتخاب زاویه نصب پنل‌ها، طراحی فونداسیون و سیستم‌های پایش است.
گرد و غبار و آلودگی‌های محیطی یکی از مهم‌ترین چالش‌های عملیاتی برای نیروگاه‌های خورشیدی، به ویژه در مناطق خشک و صنعتی است. این عوامل به طور مستقیم بر جذب نور و در نتیجه بازدهی سیستم تأثیر می‌گذارند.
لایه گرد و غبار بر روی پنل‌ها، از رسیدن نور خورشید به سلول‌های فتوولتائیک جلوگیری کرده و می‌تواند بازدهی را تا ۲۵٪ کاهش دهد. این پدیده در مناطق بیابانی و صنعتی با شدت بیشتری رخ می‌دهد.
در مناطق دارای گرد و غبار بالا، طراحی باید شامل دسترسی آسان به پنل‌ها برای شستشوی منظم باشد. در نیروگاه‌های بزرگ مقیاس، استفاده از ربات‌های شستشوی خودکار یا سیستم‌های شستشوی تحت فشار می‌تواند راه‌حل مناسبی باشد. همچنین، برخی پنل‌ها دارای پوشش‌های نانویی ضد جذب گرد و غبار هستند که از چسبیدن ذرات به سطح آن‌ها جلوگیری می‌کنند.
برای آشنایی بیشتر، مقاله «Impact of Soiling on Photovoltaic Panel Performance» در Seven Sensor به بررسی اثر تجمع گرد و غبار و ذرات معلق بر روی پنل‌های خورشیدی می‌پردازد.
شرایط اقلیمی فقط بر عملکرد پنل‌ها تأثیر نمی‌گذارد، بلکه انتخاب تمامی اجزای سیستم از جمله اینورترها، سیم‌کشی و باتری‌ها نیز باید با توجه به آن صورت گیرد.
در مناطق گرمسیری، اینورترها باید دارای سیستم خنک‌کننده قوی‌تری باشند تا از افت بازدهی ناشی از گرما جلوگیری شود. همچنین، اینورترهای مقاوم در برابر گرد و غبار و رطوبت برای شرایط محیطی سخت ضروری هستند.
در مناطق با تغییرات دمایی شدید، سیم‌ها و کابل‌ها باید مقاومت کافی در برابر انبساط و انقباض داشته باشند. اتصالات باید کاملاً ضد آب و مقاوم در برابر خوردگی باشند تا از اتصال کوتاه و خرابی سیستم جلوگیری شود.
عملکرد و عمر مفید سیستم ذخیره‌سازی انرژی (باتری‌ها) به شدت تحت تأثیر دما قرار می‌گیرد. در مناطق بسیار سرد یا گرم، باید از سیستم‌های مدیریت حرارتی برای باتری‌ها استفاده شود تا در محدوده دمای بهینه خود کار کنند.
برای اطلاعات بیشتر، مقاله «Key Weather Considerations for PV Design» در Grumman|Butkus Associates به بررسی عوامل اقلیمی مؤثر بر طراحی سیستم‌های فتوولتائیک (PV) می‌پردازد. این مقاله بر اهمیت در نظر گرفتن شرایط محیطی در طراحی سیستم‌های انرژی خورشیدی تأکید دارد.
طراحی یک نیروگاه خورشیدی، فرآیندی جامع و تخصصی است که در آن، اقلیم منطقه نقش محوری ایفا می‌کند. از انتخاب نوع پنل و زاویه نصب تا نوع اینورتر و سیستم‌های جانبی، تمامی تصمیمات مهندسی باید بر اساس داده‌های دقیق اقلیمی اتخاذ شوند.
نادیده گرفتن این عوامل، نه تنها به کاهش بازدهی و افزایش هزینه‌های عملیاتی منجر می‌شود، بلکه می‌تواند عمر مفید سیستم را به شدت کاهش دهد. بنابراین، یک طراحی موفق، با تحلیل دقیق شرایط محیطی آغاز شده و با به کارگیری راهکارهای مهندسی هوشمندانه، بازدهی و پایداری بلندمدت سیستم را تضمین می‌کند.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی 
خبرهای مرتبط
