نیروگاههای خورشیدی از مجموعهای از اجزا شامل پنلها، اینورترها، باتریها و سازههای جانبی تشکیل شدهاند که هر یک نقشی حیاتی در طول عمر و بازدهی کل سیستم ایفا میکنند. کیفیت ساخت تجهیزات، فناوری بهکاررفته و شرایط محیطی، همراه با نگهداری منظم، تعیینکننده دوام و عملکرد بلندمدت نیروگاه هستند. در ادامه، عملکرد هر یک از این اجزا، پدیدههای تخریب مرتبط و راهکارهای افزایش طول عمر بررسی خواهد شد.
نیروگاههای خورشیدی شامل چند بخش اصلی هستند که هر یک نقش مهمی در طول عمر سیستم دارند. شناخت دقیق عملکرد این اجزا و نقاط ضعف آنها، برای برنامهریزی نگهداری و جلوگیری از کاهش بازدهی ضروری است.
پنلهای خورشیدی، به عنوان مهمترین بخش هر نیروگاه فتوولتائیک، وظیفه تبدیل نور خورشید به الکتریسیته را بر عهده دارند. طول عمر این پنلها به طور میانگین بین ۲۵ تا ۳۰ سال تخمین زده میشود، اما این عدد به شدت به کیفیت ساخت و نوع فناوری به کار رفته بستگی دارد.
پنلهای مونوکریستال که از یک کریستال سیلیکون واحد ساخته شدهاند، بالاترین بازدهی و پایداری را ارائه میدهند. نرخ تخریب سالانه آنها کمتر از ۰.۵٪ است. در مقابل، پنلهای پلیکریستال که از چندین کریستال فشرده تشکیل شدهاند، حساسیت بیشتری به دما دارند و افت بازدهی سالانه آنها به حدود ۰.۷٪ میرسد.
فناوریهای جدیدتر مانند PERC، HJT (هیتروجانکشن) و TOPCon، بازدهی و طول عمر بالاتری دارند. پنلهای PERC پس از ۲۵ سال، حداقل ۸۸٪ از بازدهی اولیه خود را حفظ میکنند. پنلهای HJT با نرخ تخریب سالانه پایینتر (حدود ۰.۳۵٪ تا ۰.۵٪) عمر مفید بالای ۳۰ سال دارند. پنلهای TOPCon نیز نرخ تخریب کمتری نسبت به PERC دارند و پس از ۲۵ سال، حداقل ۹۲٪ از بازدهی اولیه خود را حفظ میکنند. در نهایت، پنلهای فیلم نازک (Thin-Film) عمر عملیاتی کوتاهتری دارند که حدود ۱۵ تا ۲۰ سال است.
برای آشنایی بیشتر در این زمینه، مقاله «?How Long Do Solar Panels Last»، در Aurora Solar به بررسی طول عمر انواع پنلهای خورشیدی پرداخته شده است. مطابق با گزارش آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر آمریکا (NREL)، پنلهای خورشیدی مدرن میتوانند بیش از ۳۰ سال برق تولید کنند.
پدیدههای تخریب در سطح پنلها
پنلهای خورشیدی علاوه بر فرسایش طبیعی، تحت تأثیر پدیدههای مخربی قرار میگیرند که میتوانند بازدهی آنها را به شدت کاهش دهند. پدیده PID که به دلیل ولتاژ بالا و جریان نشتی بین سلولها و قاب فلزی پنل رخ میدهد، میتواند بازدهی را تا ۳۰٪ کاهش دهد.
پدیده نقاط داغ (Hot Spots) زمانی رخ میدهد که بخشی از پنل به دلیل سایهاندازی جزئی یا نقص سلولی، به صورت غیرطبیعی داغ میشود. این افزایش دما میتواند به آسیب دائمی به سلولها و کاهش شدید کارایی سیستم منجر شود. همچنین، پدیده تخریب ناشی از نور (LID) به کاهش اولیه بازدهی در روزهای ابتدایی نصب پنل اشاره دارد که معمولاً بین ۰.۵٪ تا ۱٪ است و در پنلهای باکیفیت به سرعت تثبیت میشود.
اینورترها مسئول تبدیل جریان مستقیم (DC) تولیدی پنلها به جریان متناوب (AC) قابل استفاده در شبکه برق هستند. طول عمر اینورترها به دلیل ماهیت الکترونیکی و حساسیت آنها به شرایط محیطی، به طور قابل توجهی کوتاهتر از پنلها است.
اینورترهای رشتهای و مرکزی که در نیروگاههای خورشیدی متداول هستند، عمر تخمینی ۱۰ تا ۱۵ سال دارند. در مقابل، میکرو اینورترها که به صورت جداگانه روی هر پنل نصب میشوند، عمر طولانیتری دارند که از ۱۵ تا ۲۵ سال متغیر است. گرمای بیش از حد، مهمترین عامل کاهش عمر اینورتر است. نصب در مکانهای دارای تهویه مناسب و دور از نور مستقیم خورشید برای افزایش طول عمر اینورتر حیاتی است.
در این زمینه، مقاله «?How Long Does An Inverter Last» در Joeyoung طول عمر انواع مختلف اینورترها و عوامل مؤثر بر آن را از منظر کارایی و نگهداری تحلیل میکند.
باتریها در نیروگاههای خورشیدی، نقش حیاتی در ذخیره انرژی و تأمین برق در ساعات غیرتابشی دارند. طول عمر این باتریها معمولاً ۵ تا ۱۵ سال متغیر است و به عواملی مانند نوع شیمیایی، تعداد چرخههای شارژ-دشارژ و شرایط دمایی محیط بستگی دارد. باتریهای لیتیوم-یون، عمر طولانیتری بالاتری نسبت به باتریهای سرب-اسید دارند. سیستمهای مدیریت باتری (BMS) برای جلوگیری از تخریب زودهنگام و به حداکثر رساندن عمر آنها ضروری است.
در ارتباط با این موضوع، مقاله «?What’s The Life Expectancy of Battery Storage Systems» در Eco Affect به بررسی طول عمر سیستمهای ذخیرهسازی باتری پرداخته شده است. این مقاله طول عمر انواع مختلف باتریها و عوامل مؤثر بر آن را از منظر کارایی و نگهداری تحلیل میکند.
سازه فلزی پنلها، کابلها، جعبه اتصالات و سیستمهای حفاظتی نیز طول عمر کل نیروگاه را تحت تأثیر قرار میدهند. عمر این تجهیزات معمولاً بین ۲۰ تا ۳۰ سال است. بازرسی و نگهداری منظم میتواند طول عمر آنها را چندین سال افزایش دهد. استفاده از فولاد گالوانیزه یا آلومینیوم با پوشش ضدزنگ، مقاومت سازه در برابر باد، برف و شرایط جوی شدید را تا حدود ۳۰ سال تضمین میکند.
برای اطلاعات بیشتر، در مقالهای در دکتر سولار با عنوان «۷ اشتباه رایج در ساخت نیروگاه خورشیدی»، هفت اشتباه متداول در طراحی و احداث نیروگاههای خورشیدی بررسی شده است که میتواند بر راندمان و طول عمر سیستم تأثیر منفی بگذارد.
شرایط محیطی، نقش تعیینکنندهای در کاهش یا افزایش طول عمر نیروگاههای خورشیدی دارند. شناسایی دقیق این عوامل و طراحی سازگار با آنها میتواند عمر مفید سیستم را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
افزایش دمای محیط، بازدهی پنلها را به صورت لحظهای کاهش میدهد و فرآیند تخریب حرارتی را تسریع میکند. بر اساس دادههای فنی، به ازای هر درجه افزایش دما بالاتر از ۲۵ درجه سانتیگراد، بازدهی پنل میتواند بین ۰.۳٪ تا ۰.۵٪ کاهش یابد.
تابش طولانیمدت UV میتواند لایههای EVA (اتیلن وینیل استات) و قاب پنل را فرسوده کند. همچنین، تجمع گرد و غبار، آلودگی و ذرات معلق در هوا با مسدود کردن نور خورشید، تولید انرژی را کاهش میدهد و به دلیل ایجاد مقاومت حرارتی، دمای پنل را افزایش میدهد. ترکیب تابش UV و آلودگی میتواند پدیدههایی مانند LID و نقاط داغ را تشدید کند.
دراین زمینه، مقالهای در دکتر سولار با عنوان «شستوشوی پنلهای خورشیدی: راهنمای کامل برای افزایش بهرهوری برق خورشیدی»، به بررسی تأثیر شستوشوی منظم پنلها بر افزایش طول عمر سیستمهای خورشیدی پرداخته است.
رطوبت بالا میتواند باعث نفوذ آب به داخل لایههای پنل شده و پدیده جدا شدن لایهها (Delamination) را به وجود آورد. همچنین، رطوبت بالا باعث خوردگی کابلها و اتصالات میشود. بارش برف و یخزدگی نیز بار مکانیکی اضافی روی پنلها ایجاد میکند.
با ورود فناوریهای پیشرفته در طراحی سلولهای خورشیدی و سیستمهای ذخیرهساز انرژی، طول عمر و بازدهی نیروگاههای خورشیدی به طور چشمگیری افزایش یافته است.
سلولهای خورشیدی پروسکایت با بازدهی بالای بیش از ۲۶٪ و هزینه ساخت کمتر نسبت به سلولهای سیلیکونی، امکان تولید انرژی بیشتر را فراهم میکنند. پیشرفتهای اخیر در پایداری این سلولها، طول عمر عملیاتی آنها را به ۱۵ تا ۳۰ سال ارتقا داده است.
باتریهای حالت جامد نوید طول عمر طولانی تا ۲۰ سال و ایمنی بالاتر نسبت به باتریهای لیتیوم-یون معمولی را میدهند. هماهنگی طول عمر این باتریها با پنلها، مدیریت سیستمهای ذخیرهساز انرژی را سادهتر کرده و نیاز به تعویض زودهنگام را کاهش میدهد.
بازرسی و مانیتورینگ پیشرفته با استفاده از پهپادهای حرارتی امکان شناسایی سریع و دقیق نقاط داغ و ترکهای میکرو را بدون توقف تولید انرژی فراهم میکند. همچنین، سیستمهای هوش مصنوعی با تحلیل دادههای لحظهای، عملکرد نیروگاه را پیشبینی کرده و نقاط ضعف را شناسایی میکنند که این امر طول عمر و پایداری سیستم را افزایش میدهد.
طول عمر نیروگاههای خورشیدی نتیجه تعامل پیچیدهای از کیفیت تجهیزات، شرایط محیطی و مدیریت نگهداری است. پنلها، اینورترها، باتریها و سازههای جانبی هر کدام محدودیتها و نقاط قوت خود را دارند و تحت تأثیر دما، تابش UV، رطوبت و سایر عوامل محیطی قرار میگیرند. پدیدههایی مانند PID، نقاط داغ و تخریب ناشی از نور نیز میتوانند بازدهی سیستم را کاهش دهند. در نهایت، نگهداری پیشگیرانه و طراحی مناسب، نه تنها بازدهی انرژی را بهینه میکند بلکه طول عمر واقعی سیستم را به حداکثر میرساند.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی