هنگامی که سایه روی پنل می‌افتد چه اتفاقی روی می‌دهد؟
در طراحی پنل‌های خورشیدی ممکن است پنل‌ها به گونه‌ای قرار گیرند که تحت تاثیر سایه باشند یا به ناچار به دلیل عوامل طبیعی روی پنل‌ها سایه بیفتد، حال چه اتفاقی روی می‌دهد؟ چه تاثیری بر روی تولید سیستم دارد؟ راه حل برای مقابله با این عامل چیست؟ در این مطلب به بررسی این موضوع مهم می‌پردازیم.
سرویس انرژی های تجدیدپذیر برق نیوز،اثر سایه بر روی پنل خورشیدی را در دو حالت بررسی می کنیم:
۱ حالت اول پنل دارای دیود بای‌پس یا دیود بلاکینگ (سد کننده) نیست:
همانطور که می‌دانیم عملکرد تولید توان یک سلول بطور مستقیم تحت تأثیر میزان تابش است.
اگر یک سلول از میان یک پنل (که از سری شدن سلول‌ها حاصل شده است) تحت سایه قرار بگیرد جریان آن سلول کاهش یافته و عملکرد پنل دستخوش تغییر اساسی می‌شود؛ چون سلول‌هایی که بصورت سری قرار گرفته‌اند جریان آنها باید برابر باشد.
همانطور که می‌دانیم عملکرد تولید توان یک سلول بطور مستقیم تحت تأثیر میزان تابش است.
اگر یک سلول از میان یک پنل (که از سری شدن سلول‌ها حاصل شده است) تحت سایه قرار بگیرد جریان آن سلول کاهش یافته و عملکرد پنل دستخوش تغییر اساسی می‌شود؛ چون سلول‌هایی که بصورت سری قرار گرفته‌اند جریان آنها باید برابر باشد.
اما چون سلولی که تحت سایه است قادر به تولید جریان نیست، ناچاراً سلول‌های دیگر که تحت سایه نیستند باید از سلول سایه‌افتاده پیروی کنند تا جریان مدارِ سری برابر شود. در نتیجه جریان خروجی پنل بطور چشمگیری کاهش یافته و عملاً پنل قادر به تولید توان نخواهد بود.
اما مسئله در همین جا تمام نمی‌شود، از دست رفتن تولید توان کل قضیه‌ی سایه‌اندازی نیست و تنها یک طرف قضیه است.هنگامی که سایه روی سلول است ولتاژ دو سر سلولی که سایه روی آن افتاده است قابل بحث است.
پنلی را در نظر می‌گیریم که از ٦۰ سلول سری شده تشکیل شده است؛ شش استرینگ ده تایی. با فرض اینکه هر سلول ولتاژی برابر ۰.٦ ولت تولید می‌کند.
اگر فرض شود که سلول مشخص شده دچار سایه شود پتانسیل قطب‌های مثبت و منفی سلول خواهد شد:
Vpositive= -۴۴*۰.۶=- ۲۶.۴ volt
Vnegative=۱۵*۰.۶=۹ volt
در نتیجه ولتاژ دو سر سلول برابر خواهد بود با:
Vshaded_cell=Vp - Vn= -۲۶.۴ - ۹= -۳۵.۴ volt
در سلول‌های خورشیدی بطور کلی ولتاژ شکست باباس معکوس برابر ۱۳- ولت می‌باشد. با توجه به اینکه ولتاژ دوسر سلولی که سایه روی آن افتاده است بیشتر از ولتاژ شکست بایاس معکوس سلول می‌باشد، این ولتاژ باعث تولید گرمای زیاد و در نهایت آسیب جدی به سلول می‌شود که به پدیده Hotspot معروف است.
بنابراین مسئله سایه‌افتادگی روی پنل دو پیامد منفی دارد.
۱- عدم تولید توان
۲- مسئله Hotspot
۱- عدم تولید توان
۲- مسئله Hotspot
جا دارد اشاره شود هنگامی که سایه تنها روی یک سلول بیفتد، از نظر مسئله تولید حرارت بدترین شرایط ممکن است، زیرا ولتاژ سلول‌های دیگر در نهایت بطور معکوس همگی روی آن سلول اعمال می‌شود. در این حالت می‌توان نوشت:
Vshaded_cell= - (Ncell - ۱) * Vcell
=- (۶۰-۱) *۰.۶=-۵۹*۰.۶=-۳۵.۴ volt
Vshaded_cell= - (Ncell - ۱) * Vcell
=- (۶۰-۱) *۰.۶=-۵۹*۰.۶=-۳۵.۴ volt
۲ حالت دوم پنل دارای دیود بای‌پس باشد:
همانطور که اشاره شد، مسئله‌ی Hotspot تهدید جدی در سایه‌افتادگی روی پنل محسوب می‌شود. یک راه حل برای این مسئله استفاده از دیود بای‌پس می‌باشد. ابتدا به نظر می‌رسد که هر سلول دارای دیود بای‌پس باشد، اما این امر هم هزینه‌بر است و هم به لحاظ اجرایی آسان نیست.به همین خاطر جهت سهولت گروهی از سلول‌ها توسط یک دیود بای‌پس محافظت می‌شوند.
در برخی حالات فرضاً در یک پنل دارای ٦۰ سلول که بصورت ٦ استرینگ ۱۰ تایی سری شده‌اند، هر استرینگ توسط یک دیود بای‌پس محافظت می‌شوند و نیاز به ٦ عدد دیود می‌باشد؛ در موارد دیگر من جمله پنل‌های ینگلی سولار، هر دو استرینگ به عبارت دیگر هر ۲۰ سلول توسط یک دیود بای‌پس محافظت می‌شوند.
برای اینکه دیود در حالت نرمال در شایط بایاس معکوس باشد و هدایت نکند، آند دیود به قطب منفی سلول اول و کاتد دیود به قطب مثبت سلول متناظر در استرینگ بعدی وصل می‌شود.
در این حالت در شرایط نرمال که سایه روی پنل نباشد، ولتاژ دو سر هر دیود بای‌پس برابر خواهد بود با:
Vdiode_unshaded=- (۲۰) *۰.۶=-۱۲ volt
چون ولتاژ دو سر دیود منفی می‌باشد دیود در بایاس معکوس بود و هدایت نمی‌کند. همچنین ولتاژ ۱۲- از ولتاژ شکست دیود بای‌پس کمتر بود و مشکلی ایجاد نمی‌شود.اگر سایه روی پنل بیفتد، برای بررسی حداکثر ولتاژ معکوس، فرض می‌کنیم که تنها یک سلول دچار سایه‌افتادگی شده باشد.
در این حالت با توجه به اینکه ۲۰ سلول توسط یک دیود محافظت می‌شوند خواهیم داشت:
Vcell_shaded=- (۲۰-۱) *۰.۶=-۱۹*۰.۶=-۱۱.۴ volt
Vcell_shaded=- (۲۰-۱) *۰.۶=-۱۹*۰.۶=-۱۱.۴ volt
در این حالت حداکثر ولتاژ معکوس روی سلول برابر ۱۱.۴- ولت خواهد بود که کمتر از ۱۳- ولت ولتاژ شکست سلول می‌باشد. پس سلول در برابر Hotspot محافظت خواهد شد.
در این حالت ولتاژ دو سر دیود بای‌پس صفر خواهد شد و دیود در بایاس مستقیم قرار گرفته و هدایت می‌کند. با هدایت دیود بای‌پس، سلول‌هایی که توسط آن دیود محافظت می‌شوند بای‌پس شده و از مدار خارج می‌شوند و بقیه پنل به تولید توان خود ادامه می‌دهد و خللی در عملکرد ۴۰ سلول دیگر ایجاد نمی‌شود؛ و پنل تنها یک سوم تولید خود را از دست می‌دهد.
به عبارت دیگر استفاده از ۳ دیود بای‌پس پنل را به ۳ زیرمجموعه تقسیم می‌کند که عملکرد آنها در سایه‌افتادگی همدیگر را تحت تأثیر قرار نخواهند داد.
با استفاده از دیود بای‌پس هم سلول‌های دچار سایه‌افتادگی در مقابل پدیده‌ی Hotspoting محافظت می‌شوند و هم اینکه توان پنل ادامه خواهد یافت و با سایه افتادگی روی تنها یک سلول، کل توان پنل از دست نخواهد رفت.
اثر هات اسپات را در شکل زیر مشاهده می کنید:
منبع: شبکه های اجتماعی
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.