تأثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی یکی از عوامل مهم در انتخاب تجهیزات و طراحی سیستم است. در مناطق گرم مانند اهواز و خوزستان، توان نامی پنل به‌تنهایی نشان‌دهنده عملکرد واقعی آن نیست؛ زیرا گرم‌شدن سلول‌های خورشیدی می‌تواند توان خروجی را کاهش دهد.
به زبان ساده، پنل خورشیدی در گرما همچنان برق تولید می‌کند، اما در تابش یکسان، توان آن معمولاً کمتر از زمانی است که سلول خنک‌تر است. در این مقاله، اثر دما، روش محاسبه افت توان و نکات انتخاب پنل برای شرایط گرم را بررسی می‌کنیم.
تأثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی چیست؟
توان نامی پنل در شرایط استاندارد آزمون، با نام اختصاری STC، اندازه‌گیری می‌شود. این شرایط شامل دمای سلول ۲۵ درجه سانتی‌گراد، تابش ۱۰۰۰ وات بر مترمربع و طیف استاندارد نور خورشید AM1.5 است.
در محیط واقعی، دمای سلول همیشه برابر با ۲۵ درجه نیست. هنگام تابش شدید، سلول‌ها گرم می‌شوند و ممکن است دمای آن‌ها به‌طور قابل‌توجهی از دمای هوا بالاتر برود.
در پنل‌های رایج، افزایش دما معمولاً ولتاژ مدار باز (Voc) و ولتاژ نقطه بیشینه توان (Vmp) را کاهش می‌دهد. جریان اتصال کوتاه (Isc) تغییر کمتری دارد و معمولاً اندکی افزایش می‌یابد؛ اما این افزایش، کاهش ولتاژ را جبران نمی‌کند. در نتیجه، توان خروجی پنل کاهش پیدا می‌کند.
بنابراین، تابش بیشتر و گرمای بیشتر دو اثر متفاوت دارند: تابش بیشتر می‌تواند تولید برق را افزایش دهد، در حالی که گرم‌شدن سلول بخشی از توان قابل تولید را کاهش می‌دهد.
ضریب دمایی پنل خورشیدی چیست؟
برای ارزیابی تأثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی، باید ضریب دمای توان را بررسی کنیم. این ضریب در دیتاشیت با عنوان Temperature Coefficient of Pmax درج می‌شود و نشان می‌دهد توان بیشینه پنل به ازای هر درجه افزایش دمای سلول چه مقدار تغییر می‌کند.
برای مثال، ضریب دمایی منفی ۰٫۳۵ درصد به ازای هر درجه سانتی‌گراد یعنی با افزایش یک درجه‌ای دمای سلول نسبت به دمای مرجع، توان پنل تقریباً ۰٫۳۵ درصد کاهش می‌یابد؛ با فرض ثابت‌بودن تابش و سایر شرایط.
هرچه مقدار منفی این ضریب به صفر نزدیک‌تر باشد، افت نسبی توان ناشی از افزایش دما کمتر خواهد بود. با این حال، ضریب دمایی به‌تنهایی برای انتخاب پنل کافی نیست و باید همراه با سایر مشخصات فنی و اقتصادی بررسی شود.
مثال افت توان یک پنل خورشیدی ۵۵۰ واتی
فرض کنیم یک پنل ۵۵۰ واتی ضریب دمایی منفی ۰٫۳۵ درصد به ازای هر درجه سانتی‌گراد داشته باشد. اگر دمای سلول از ۲۵ به ۶۵ درجه برسد، افزایش دما برابر با ۴۰ درجه خواهد بود.
با فرض تابش ثابت ۱۰۰۰ وات بر مترمربع، افت نسبی توان برابر است با:
۴۰ × ۰٫۳۵ درصد = ۱۴ درصد
توان تقریبی پنل پس از اعمال افت دمایی:
۵۵۰ × ۰٫۸۶ = ۴۷۳ وات
بنابراین، این پنل در شرایط فرض‌شده حدود ۴۷۳ وات توان تولید می‌کند.
این عدد فقط افت توان لحظه‌ای ناشی از دما را نشان می‌دهد. افت ۱۴ درصدی در این مثال به معنی کاهش ثابت تولید روزانه یا سالانه نیروگاه نیست؛ زیرا تابش و دمای سلول در طول زمان تغییر می‌کنند.
برای محاسبه ساده توان در تابش ثابت ۱۰۰۰ وات بر مترمربع می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد:
توان در دمای جدید ≈ توان نامی × [۱ + ضریب دمایی × (دمای سلول − ۲۵)]
در این رابطه، ضریب دمایی باید به‌صورت عدد اعشاری وارد شود؛ برای نمونه، منفی ۰٫۳۵ درصد برابر با منفی ۰٫۰۰۳۵ است.
تفاوت دمای محیط و دمای سلول خورشیدی
دمای هوا با دمای سلول خورشیدی یکسان نیست. در تابش شدید، سلول‌ها ممکن است ده‌ها درجه گرم‌تر از هوای اطراف باشند. سرعت باد، فاصله پشت پنل از سطح نصب، نوع سازه و امکان گردش هوا بر دمای کارکرد پنل اثر می‌گذارند.
یکی از شاخص‌های حرارتی درج‌شده در بعضی دیتاشیت‌ها، دمای نامی کارکرد سلول یا NOCT است. برای یک تخمین ساده آموزشی می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد:
دمای سلول ≈ دمای محیط + (تابش ÷ ۸۰۰) × (NOCT − ۲۰)
در این رابطه، دما بر حسب درجه سانتی‌گراد و تابش روی صفحه پنل بر حسب وات بر مترمربع وارد می‌شود.
برای مثال، اگر دمای محیط ۴۰ درجه، تابش ۱۰۰۰ وات بر مترمربع و NOCT پنل ۴۵ درجه باشد، دمای تخمینی سلول برابر است با:
۴۰ + (۱۰۰۰ ÷ ۸۰۰) × (۴۵ − ۲۰) = ۷۱٫۲۵ درجه سانتی‌گراد
در این دما، توان همان پنل ۵۵۰ واتی با ضریب دمایی منفی ۰٫۳۵ درصد، تقریباً به ۴۶۱ وات می‌رسد؛ یعنی حدود ۱۶٫۲ درصد کمتر از توان نامی.
این رابطه یک تقریب ساده است و جایگزین شبیه‌سازی مهندسی نیست. مدل‌های دقیق‌تر، اثر باد، راندمان ماژول و شرایط نصب را نیز در محاسبه دمای سلول لحاظ می‌کنند.
مقایسه فناوری‌های پنل در شرایط گرم
فناوری و ساختار سلول می‌توانند بر ضریب دمایی پنل اثر بگذارند. با این حال، نمی‌توان یک ضریب ثابت را به تمام پنل‌های سیلیکونی یا تمام پنل‌های لایه‌نازک نسبت داد. مقایسه باید بر اساس مشخصات مدل واقعی پنل انجام شود.
برای روشن‌شدن موضوع، دو پنل فرضی را در نظر بگیریم که دمای سلول هر دو ۶۵ درجه سانتی‌گراد است:
پنل اول با ضریب دمایی منفی ۰٫۴۵ درصد، نسبت به دمای مرجع ۲۵ درجه حدود ۱۸ درصد افت توان دارد.
پنل دوم با ضریب دمایی منفی ۰٫۲۲ درصد، در همان شرایط حدود ۸٫۸ درصد افت توان دارد.
این مثال نشان می‌دهد ضریب دمایی می‌تواند در شرایط گرم تفاوت ایجاد کند؛ اما به‌تنهایی برتری فنی یا اقتصادی یک پنل را ثابت نمی‌کند.
برای انتخاب پنل باید توان نامی، راندمان، مساحت موردنیاز، قیمت، ضمانت‌نامه، افت تدریجی عملکرد، رفتار در تابش کم و سازگاری با تجهیزات پروژه نیز بررسی شوند. در پنل‌های دوطرفه، شرایط دریافت نور از پشت پنل و ضریب دوطرفه‌بودن نیز اهمیت دارند.
تأثیر دما بر طراحی رشته‌ها و انتخاب اینورتر
رشته پنل‌ها مجموعه‌ای از ماژول‌های خورشیدی است که به‌صورت سری به یکدیگر متصل می‌شوند. تغییر دما بر ولتاژ این مجموعه اثر می‌گذارد و باید در انتخاب تعداد پنل‌ها و اینورتر لحاظ شود.
در هوای گرم، ولتاژ نقطه بیشینه توان کاهش می‌یابد. طراح باید بررسی کند که ولتاژ رشته همچنان در محدوده مناسب MPPT اینورتر قرار داشته باشد. MPPT قابلیتی است که به اینورتر کمک می‌کند نقطه مناسب برای دریافت بیشترین توان از پنل‌ها را پیدا کند.
در هوای سرد، ولتاژ مدار باز افزایش می‌یابد. بنابراین، ولتاژ رشته در پایین‌ترین دمای طراحی سایت باید محاسبه شود تا از حداکثر ولتاژ مجاز تجهیزات DC، از جمله اینورتر، بالاتر نرود.
برای انجام این محاسبات باید مشخصات پنل و محدودیت‌های اینورتر از دیتاشیت تجهیزات استخراج شوند. استفاده از یک ضریب عمومی برای همه پنل‌ها می‌تواند به انتخاب نامناسب تعداد ماژول‌های سری منجر شود.
در پروژه‌های واقعی، طراحی سیستم خورشیدی باید بر اساس شرایط سایت و مشخصات تجهیزات انتخابی انجام شود.
نکات انتخاب پنل خورشیدی برای اهواز و خوزستان
برای انتخاب پنل در شرایط گرم اهواز و خوزستان، بهتر است این موارد بررسی شوند:
ضریب دمایی توان: مشخصات مدل‌های موردنظر از دیتاشیت مقایسه شوند.
شرایط نصب: گردش هوا در پشت پنل و فاصله مناسب از سطح نصب در طراحی لحاظ شود.
دمای طراحی سایت: حداقل و حداکثر دمای مورد انتظار در محاسبات الکتریکی بررسی شوند.
هماهنگی پنل و اینورتر: ولتاژ، جریان و محدوده MPPT تجهیزات با یکدیگر سازگار باشند.
تولید سالانه: برآورد انرژی با داده‌های اقلیمی معتبر و نرم‌افزارهایی مانند PVsyst یا مدل مناسب در SAM انجام شود.
ارزیابی اقتصادی: قیمت تجهیزات و تولید انرژی پیش‌بینی‌شده در کنار مشخصات فنی مقایسه شوند.
تأثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی باید در کنار تابش، شرایط نصب و مشخصات اینورتر بررسی شود. انتخاب پنل با ضریب دمایی مناسب می‌تواند افت توان ناشی از گرما را کاهش دهد؛ اما نتیجه نهایی به طراحی و بهره‌برداری سیستم نیز وابسته است.
برای بررسی گزینه‌های متناسب با نیاز خانه، کسب‌وکار یا پروژه، می‌توانید راهنمای انتخاب سیستم خورشیدی را مطالعه کنید یا برای مشاوره انتخاب پنل خورشیدی با اکسین سولار در ارتباط باشید.