زمانی که سایهها انرژی خورشیدی را میپوشانند
انرژی خورشیدی بهعنوان یکی از اصلیترین منابع تجدیدپذیر در سالهای اخیر، به جایگاه مهمی دست یافته است. اما چالشهایی از جمله سایهاندازی بر روی پنلهای خورشیدی بهعنوان یک مانع کلیدی در راه افزایش بهرهوری این فناوری همچنان باقی ماندهاند.
، انسانها از زمانهای دور بر آن بودهاند تا از انرژیهای طبیعی استفاده کنند، اما رشد شتابان جمعیت و توسعه فناوری در چند دهه اخیر بهطور چشمگیری نیاز به انرژی را افزایش داده است. از سوی دیگر، عوارض زیستمحیطی ناشی از استفاده از سوختهای فسیلی و نگرانی از محدودیتهای منابع این سوختها، توجه دنیا را به انرژیهای پاک و تجدیدپذیر معطوف کرده است. در این راستا، پنلهای فتوولتائیک که نقل خورشید را به برق تبدیل میکنند، از رایجترین روشهای تأمین انرژی تجدیدپذیر به شمار میروند. دسترسی آسان به منبع قدرت خورشید و قابلیت استفاده در مقیاسهای کوچک خانگی یا پروژههای بزرگ صنعتی، این فناوری را به گزینهای پرطرفدار در کشورهای مختلف، از جمله ایران، تبدیل کرده است.
با وجود این مزایا، عملکرد پنلهای خورشیدی تحت تأثیر عواملی محیطی متعددی قرار دارد. عواملی چون دما، گرد و غبار، رطوبت، سرعت باد و بهخصوص سایهاندازی میتوانند بهطور قابل توجهی بازده تولید برق را تحت تأثیر قرار دهند. سایه میتواند ناشی از درختان، ساختمانها یا حتی سایر اجزا باشد و با توجه به شدت و شکل آن، نتایج متفاوتی را به وجود آورد. بررسی جامع تأثیر سایه نهتنها در بهبود طراحی سیستمهای خورشیدی موثر است، بلکه زمینه را برای توسعه فناوریهای جدید مانند میکرواینورترها و پیکربندیهای نوآورانه فراهم میکند. این موضوع بهویژه در محیطهای شهری که سایهگریزی غیرممکن است، اهمیت بسزایی دارد.
اصلان غلامی و یکی از همکارانش از گروه مهندسی انرژیهای تجدیدپذیر دانشگاه شهید بهشتی، در این راستا، مطالعهای مروری انجام دادهاند. آنها با تمرکز بر چالشهای سایهاندازی بر پنلهای خورشیدی و بررسی روشهای مقابله با آن، درصدد هستند تصویری شفاف از وضعیت فعلی تحقیقات و نوآوریهای موجود ارائه دهند. این مطالعه در قالبی ساده تلاش میکند نشان دهد که چگونه با طراحی بهینه و بهرهبرداری از فناوریهای نوین، آثار منفی سایه را کاهش داده و هزینهها را بهبود بخشیم.
روششناسی این تحقیق بر پایه تحلیل و بررسی مجموعهای وسیع از مطالعات پیشین بوده است. مجریان این تحقیق در تلاشند تمامی ابعاد مربوط به سایهاندازی، از انواع و شکلهای گوناگون آن تا تأثیرات مستقیم بر روی راندمان و طول عمر پنلها را در نظر بگیرند. در ادامه، راهکارهای فنی و طرحهای جدید که تاکنون برای کاهش این آثار ارائه شدهاند، دستهبندی و مقایسه گردیدهاند.
نتایج این مرور علمی نشاندهندهی این است که انواع مختلف سایهها، از جمله افقی، عمودی، مورب و پراکنده، میتوانند عواقب متفاوتی داشته باشند؛ نظیر کاهش توان خروجی، ایجاد نقاط داغ و افت ضریب پرشدگی پنلها. این عوامل در نهایت میتوانند منجر به کاهش راندمان کلی سیستم و کوتاه شدن عمر مفید آن گردند. پژوهشها همچنین گویای آناند که شکل و میزان پوشش سایه نقش تعیینکنندهای در شدت این عواقب دارد.
پژوهشگران در مرحله بعد، سه دسته کلی از راهکارها برای مقابله با آثار سایهاندازی معرفی کردهاند. اولین مورد استفاده از تجهیزات الکتریکی مانند دیود بایپس، اپتیمایزرها و میکرواینورترها است که هر یک به روشهای خاصی جریان و ولتاژ را مدیریت میکنند. دومین دسته، بهینهسازی طراحی سلولهای خورشیدی با فناوریهایی همچون سلولهای نیمه و شینگل است که سطح مؤثر سایه را کاهش میدهند. سومین دسته نیز شامل استفاده از پیکربندیهای پیشرفته آرایههای خورشیدی مانند سودوکو و پل کامل متقاطع است که با بازچینی هوشمند پنلها، اثر سایه را توزیع کرده و کارایی کلی را ارتقاء میدهند.
در بین این راهکارها، پیکربندیهای نوآورانه بهویژه سودوکو عملکرد بهتری نسبت به روشهای سنتی از خود نشان دادهاند. بهعنوان مثال، این روش توانسته تا ۵۳ درصد تلفات توان ناشی از سایه را در برخی مدلها کاهش دهد و میانگین افزایش توان خروجی را به بیش از ۲۲ درصد برساند. در مقابل، اگرچه دیودهای بایپس از نظر هزینه بهصرفه بهنظر میرسند، اما بیشتر در شرایط سایه جزئی کارآیی دارند. اپتیمایزرها و میکرواینورترها نیز کیفیت کار را ارتقاء میدهند، ولی هزینه بالای آنها باعث میشود که در کاربردهای وسیع با محدودیت مواجه شوند.
اطلاعات تکمیلی این پژوهش بیانگر این است که هر راهکار بسته به شرایط محیطی و اقتصادی، عملکرد مختلفی دارد. برای پروژههای کوچک، استفاده از تجهیزات الکتریکی یا طراحیهای بهینه سلولها مناسب بهنظر میرسد. اما در مقابل، برای سیستمهای بزرگ یا مناطقی که سایهاندازی دائمی و وسیع دارند، راهکارهای پیکربندی نوآورانه نظیر سودوکو گزینههای مطلوبی هستند. همچنین، نتایج این مطالعه بر ضرورت توسعه مدلهای مبتنی بر هوش مصنوعی بهمنظور پیشبینی آثار سایه و آلودگی تأکید دارد؛ موضوعی که میتواند آینده طراحی سیستمهای خورشیدی در ایران و دیگر نقاط جهان را تحت تأثیر قرار دهد.
شایان ذکر است این نتایج علمی در «فصلنامه کیفیت و بهرهوری صنعت برق ایران» به چاپ رسیده است؛ نشریهای که تحت نظارت انجمن علمی مهندسی بهرهوری صنعت برق ایران فعالیت میکند و مأموریت آن انتشار تحقیقات روز در زمینه انرژی و صنعت برق است.
