با رشد سریع شهرنشینی، نصب سیستمهای خورشیدی در محیطهای شهری با محدودیتهای زیادی مواجه شده است. یکی از مهمترین این محدودیتها، سایه ناشی از ساختمانها و سازههای اطراف است که میتواند کاهش شدید تولید انرژی و ایجاد پدیده نقاط داغ (Hot Spots) را به همراه داشته باشد. مدیریت اثر سایه به صورت هوشمندانه نیازمند ترکیبی از طراحی مهندسی، فناوریهای پیشرفته و برنامهریزی شهری است. در ادامه، راهکارهای کاهش اثر سایه بر سیستمهای خورشیدی شهری و نحوه بهینهسازی بهرهوری آنها بررسی میشود.
قبل از هرگونه نصب، فاز طراحی نقش حیاتی دارد. در این مرحله، محیط اطراف به دقت بررسی میشود تا منابع سایهاندازی شناسایی شوند و با استفاده از ابزارهای مدلسازی پیشرفته، بیشترین تابش خورشید در ساعات اوج مصرف انرژی تضمین شود.
• استفاده از نرمافزارهای شبیهسازی سایه: نرمافزارهایی مثل PVSyst، Helioscope یا CAD-Solar امکان مدلسازی سهبعدی محیط و محاسبه دقیق کاهش انرژی ناشی از سایه در هر ساعت و هر ماه را فراهم میکنند.
• ارزیابی مسیر خورشید در طول سال: با کمک دیاگرام خورشیدی و محاسبه زاویه ارتفاع و جهت تابش خورشید (Azimuth)، تأثیر سازههای ثابت و موانع دوردست بر آرایههای خورشیدی مشخص میشود. این تحلیل به انتخاب بهترین جهت و شیب پنلها برای حداکثر تابش کمک میکند.
• تعیین نقاط پر سایه و کم سایه: با نقشهبرداری دقیق محل نصب، مناطقی که بیش از حد در ساعات کلیدی سایه میگیرند شناسایی میشوند؛ این مناطق معمولاً برای نصب پنل مناسب نیستند. با پرهیز از نصب در این نقاط و انتخاب مناطق کمسایه، راندمان کلی سیستم افزایش مییابد.
برای بررسی کامل اثر منفی سایه و راهکارهای فنی مقابله با آن، مقاله «تأثیر سایهاندازی بر راندمان نیروگاه خورشیدی» در وبسایت دکتر سولار، مرجع مناسبی در این زمینه است.
برای بررسی کامل عوامل مؤثر بر انتخاب زمین، جهت نصب و سایر شرایط مناسب برای نصب نیروگاه، مقاله «چه عواملی بر فضای نصب نیروگاه خورشیدی تأثیر میگذارند؟ راهنمای کامل پیش از احداث» در وبسایت دکتر سولار منتشر شده است. همچنین برای چیدمان اصلی ساختمان و تجهیزات، مقاله «طرح کلی ساختمان نیروگاه خورشیدی و محل استقرار تجهیزات» در همین سایت در دسترس است.
انتخاب محل و نحوه چیدمان پنلها باید به گونهای باشد که سایه به حداقل برسد یا اثر آن فقط روی تعداد کمی از پنلها باشد. این کار نیازمند محاسبات زاویهای دقیق و فاصلهگذاری مناسب بین ردیفها است.
• سقفهای دارای کمترین سایه: پنلها باید در بخشهایی از سقف نصب شوند که بیشترین فاصله را از موانع بلند مانند پنتهاوس، آسانسورخانه و تأسیسات دارند تا زاویه افق اطراف پنلها به حداقل برسد و بیشترین نور خورشید دریافت شود.
• نصب روی نماهای جنوبی و غربی: در ساختمانهای بلند که سقف فضای کافی ندارد، نصب پنلها روی نمای جنوبی برای حداکثر تولید انرژی یا نمای غربی برای تأمین پیک مصرف عصرگاهی توصیه میشود.این انتخاب جهت نصب پنلها، کمک میکند تا بیشترین انرژی ممکن در طول روز و فصول مختلف بهدست آید.
• فاصلهگذاری مناسب از سازههای مجاور: فاصله بین ردیفهای پنل باید طوری محاسبه شود که در زمستان، زمانی که خورشید کمترین ارتفاع را دارد، سایه ردیف جلو بر ردیف عقب به حداقل برسد و تولید انرژی کاهش نیابد. با رعایت این فاصلهها، حتی در ساعات کمتابش، راندمان کل سیستم حفظ میشود.
در پروژههای شهری یا فضاهای باز بزرگ مثل پارکینگها، استفاده از سیستمهای مکانیکی برای دنبال کردن مسیر خورشید میتواند تابش مستقیم بیشتری به پنلها برساند و اثر سایه موانع دوردست را کاهش دهد. این فناوری بهویژه در محیطهایی که سایه پراکنده وجود دارد، بازدهی سیستم را به شکل قابل توجهی افزایش میدهد.
• سیستمهای تکمحوره: پنلها فقط در یک جهت حرکت میکنند، معمولاً شرق-غرب یا شمال-جنوب، و توان تولید انرژی را حدود ۱۵ تا ۲۵ درصد افزایش میدهند. این سیستمها بهویژه در فضاهای محدود یا پروژههای شهری که امکان نصب سیستم دومحوره نیست، گزینهای مقرونبهصرفه و مؤثر هستند.
• سیستمهای دو محوره: پنلها هم ارتفاع و هم جهت خورشید را دنبال میکنند و بیشترین افزایش توان را فراهم میکنند، اما به دلیل هزینه بالا، پیچیدگی فنی و نیاز به فضای بیشتر، معمولاً برای نصبهای شهری کوچک مناسب نیستند.
پیشرفت در طراحی پنلهای خورشیدی باعث شده حساسیت آنها نسبت به سایه جزئی کاهش یابد، بهویژه در محیطهای شهری که نور بازتابی از سقفها یا زمین زیاد است. این فناوریها به تولید پایدارتر انرژی کمک میکنند و بهرهوری سیستم را افزایش میدهند.
• پنلهای دووجهی (Bi-facial): ین پنلها از هر دو طرف خود توان تولید میکنند. در محیطهای شهری با سطوح روشن، نور بازتابی از سقف یا زمین جذب میشود و اثر سایه جزئی تا حدودی جبران میشود. با نصب مناسب و استفاده از سطوح بازتابنده، راندمان این پنلها حتی در محیطهای پرسايه بهطور محسوسی افزایش مییابد.
در زمینه عملکرد پنلهای دووجهی در شرایط سایه، مقاله «Power Performance of Bifacial c-Si PV Modules with Different Shading Ratios» (در ژورنال IEEE Journal of Photovoltaics) اطلاعات مفیدی ارائه میدهد.
• پنلهای شیارشده (Shingled): سلولها به صورت همپوشان کنار هم قرار میگیرند، مشابه کاشی سقف، و اتصالات الکتریکی داخل ماژول به گونهای طراحی شده که مسیرهای جریان چندگانه ایجاد شود. این ساختار باعث کاهش تلفات انرژی ناشی از سایه جزئی نسبت به پنلهای سنتی میشود.
برای اطلاعات بیشتر، مقاله «اثر سایهاندازی در چیدمان افقی و عمودی پنلهای خورشیدی تمامسلولی، نیمسلولی و دوطرفه» در وبسایت دکتر سولار به بررسی تاثیر سایه بر راندمان پنلهای خورشیدی با آرایشهای مختلف میپردازد.
در محیطهای شهری که سایههای اجتنابناپذیر هستند، استفاده از راهکارهای الکترونیکی سطح ماژول (MLPE) مهمترین روش برای حفظ کارایی سیستم است. این فناوری تضمین میکند که سایه روی یک پنل، عملکرد کل سیستم را مختل نکند و تولید انرژی پایدار باقی بماند. در این زمینه، مقاله «Module-level Power Electronics (MLPE) for Solar Design: A Primer» در وبسایت Aurora Solar، این فناوریها را بررسی میکند.
• مبدلهای ماژولار یا میکرو اینورترها (Microinverters): هر پنل یک اینورتر مستقل دارد که نقطه حداکثر توان (MPPT) را به صورت جداگانه دنبال میکند. بنابراین، اگر یک پنل سایه بگیرد، تأثیری روی پنلهای دیگر ندارد. این ویژگی باعث میشود حتی در محیطهای شهری با سایه متغیر، تولید انرژی کل سیستم بهطور مستمر باشد.
• بهینهسازهای توان (DC Optimizers): این دستگاهها پشت هر پنل نصب میشوند و MPPT را در سطح ماژول انجام میدهند، سپس جریان به اینورتر مرکزی میرود. این روش باعث میشود سیستم در شرایط سایه جزئی انعطاف بیشتری داشته باشد و کاهش توان کل رشته به حداقل برسد.
• دیودهای بایپس (Bypass Diodes): این دیودها در جعبه تقسیم هر ماژول قرار دارند و در صورت سایه جزئی یا مشکل در سلولها، مسیر کممقاومت جایگزین ایجاد میکنند تا جریان از سلولهای سایهدار عبور نکند و از آسیب به پنل جلوگیری شود.
• تقسیم سیستم به نواحی مستقل (Stringing Strategy): ماژولهایی که احتمال دارد همزمان سایه بگیرند، در یک رشته جداگانه سیمکشی میشوند. این کار باعث میشود اثر سایه محدود به همان رشته شود و کل سیستم تحت تأثیر قرار نگیرد.
• پایش لحظهای و مدیریت بار (Monitoring & Load Management): سامانههای مانیتورینگ سطح ماژول، پنلهای تحت تأثیر سایه را شناسایی میکنند و در صورت نیاز مصرف انرژی ساختمان را تنظیم میکنند تا از تولید توان در زمانهای بدون سایه حداکثر بهرهبرداری شود.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی