با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی‌های تجدیدپذیر، فناوری فتوولتائیک (خورشیدی) به عنوان یکی از اجزای مهم انرژی پاک، به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. و چگونگی بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های فتوولتائیک برای بهبود بهره‌وری انرژی در طول نصب آنها، به یک مسئله مهم برای محققان و مهندسان تبدیل شده است. مطالعات اخیر، زوایای شیب و ارتفاع بهینه برای سیستم‌های فتوولتائیک پشت بام را پیشنهاد کرده‌اند که ایده‌های جدیدی را برای بهبود بهره‌وری تولید برق فتوولتائیک ارائه می‌دهد.
عوامل مؤثر بر عملکرد سیستم‌های PV
عملکرد یک سیستم فتوولتائیک پشت بامی تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد که مهمترین آنها شامل زاویه تابش خورشید، دمای محیط، زاویه نصب و ارتفاع است. شرایط نور در مناطق مختلف، تغییرات آب و هوایی و ساختار سقف، همگی بر میزان تولید برق پنل‌های فتوولتائیک تأثیر می‌گذارند. در میان این عوامل، زاویه شیب و ارتفاع بالای پنل‌های فتوولتائیک دو متغیر مهم هستند که مستقیماً بر دریافت نور و راندمان اتلاف حرارت آنها تأثیر می‌گذارند.
زاویه شیب بهینه
مطالعات نشان داده‌اند که زاویه شیب بهینه یک سیستم PV نه تنها به موقعیت جغرافیایی و تغییرات فصلی بستگی دارد، بلکه ارتباط نزدیکی با شرایط آب و هوایی محلی نیز دارد. به طور کلی، زاویه شیب پنل‌های PV باید نزدیک به عرض جغرافیایی محلی باشد تا حداکثر دریافت انرژی تابشی از خورشید تضمین شود. زاویه شیب بهینه معمولاً می‌تواند به طور مناسب با توجه به فصل تنظیم شود تا با زوایای مختلف نور فصلی سازگار شود.
بهینه سازی در تابستان و زمستان:
۱. در تابستان، زمانی که خورشید نزدیک به سمت الراس قرار دارد، زاویه شیب پنل‌های فتوولتائیک می‌تواند به طور مناسب کاهش یابد تا نور مستقیم شدید خورشید را بهتر جذب کند.
۲. در زمستان، زاویه تابش خورشید کمتر است و افزایش مناسب زاویه شیب تضمین می‌کند که پنل‌های PV نور خورشید بیشتری دریافت کنند.
علاوه بر این، مشخص شده است که طراحی زاویه ثابت (که معمولاً در نزدیکی زاویه عرض جغرافیایی ثابت می‌شود) در برخی موارد برای کاربردهای عملی نیز گزینه بسیار کارآمدی است، زیرا فرآیند نصب را ساده می‌کند و همچنان تولید برق نسبتاً پایداری را در بیشتر شرایط آب و هوایی فراهم می‌کند.
ارتفاع بهینه سربار
در طراحی یک سیستم فتوولتائیک پشت بامی، ارتفاع بالای پنل‌های فتوولتائیک (یعنی فاصله بین پنل‌های فتوولتائیک و سقف) نیز عامل مهمی است که بر راندمان تولید برق آن تأثیر می‌گذارد. ارتفاع مناسب، تهویه پنل‌های فتوولتائیک را افزایش داده و تجمع گرما را کاهش می‌دهد، در نتیجه عملکرد حرارتی سیستم را بهبود می‌بخشد. مطالعات نشان داده‌اند که وقتی فاصله بین پنل‌های فتوولتائیک و سقف افزایش می‌یابد، سیستم قادر است به طور مؤثر افزایش دما را کاهش داده و در نتیجه راندمان را بهبود بخشد.
اثر تهویه:
۳. در صورت عدم وجود ارتفاع کافی بالای سر، پنل‌های فتوولتائیک ممکن است به دلیل تجمع گرما، دچار کاهش عملکرد شوند. دمای بیش از حد، راندمان تبدیل پنل‌های فتوولتائیک را کاهش داده و حتی ممکن است عمر مفید آنها را کوتاه کند.
۴. افزایش ارتفاع جدایش به بهبود گردش هوا در زیر پنل‌های PV کمک می‌کند، دمای سیستم را کاهش می‌دهد و شرایط عملیاتی بهینه را حفظ می‌کند.
با این حال، افزایش ارتفاع سقف به معنای هزینه‌های ساخت بالاتر و نیاز به فضای بیشتر نیز هست. بنابراین، انتخاب ارتفاع سقف مناسب باید با توجه به شرایط آب و هوایی محلی و طراحی خاص سیستم PV متعادل شود.
آزمایش‌ها و تحلیل داده‌ها
مطالعات اخیر با آزمایش ترکیب‌های مختلف زوایای سقف و ارتفاع بالای سر، برخی از راه‌حل‌های طراحی بهینه را شناسایی کرده‌اند. محققان با شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل داده‌های واقعی از چندین منطقه، به این نتیجه رسیدند:
۵. زاویه شیب بهینه: به طور کلی، زاویه شیب بهینه برای یک سیستم فتوولتائیک سقفی در محدوده مثبت یا منفی ۱۵ درجه از عرض جغرافیایی محلی است. تنظیمات خاص با توجه به تغییرات فصلی بهینه می‌شوند.
۶. ارتفاع بهینه بالای سر: برای اکثر سیستم‌های فتوولتائیک پشت بامی، ارتفاع بهینه بالای سر بین ۱۰ تا ۲۰ سانتی‌متر است. ارتفاع خیلی کم ممکن است منجر به تجمع گرما شود، در حالی که ارتفاع خیلی زیاد ممکن است هزینه‌های نصب و نگهداری را افزایش دهد.
نتیجه‌گیری
با پیشرفت مداوم فناوری خورشیدی، چگونگی به حداکثر رساندن راندمان تولید برق سیستم‌های فتوولتائیک (PV) به یک مسئله مهم تبدیل شده است. زاویه شیب بهینه و ارتفاع بالای سر سیستم‌های فتوولتائیک پشت بام که در مطالعه جدید پیشنهاد شده است، راه‌حل‌های بهینه‌سازی نظری را ارائه می‌دهد که به بهبود بیشتر راندمان کلی سیستم‌های فتوولتائیک کمک می‌کند. در آینده، با توسعه طراحی هوشمند و فناوری کلان داده، انتظار می‌رود که از طریق طراحی دقیق‌تر و شخصی‌سازی‌شده‌تر، بتوانیم به بهره‌برداری کارآمدتر و اقتصادی‌تر از انرژی فتوولتائیک دست یابیم.
زمان ارسال: ۱۳ فوریه ۲۰۲۵