پانل های خورشیدی دو نفره به افزایش توان خروجی قدرت می رسند

از: مه 9، 2018، منتشر شده در مقالات: Energize، توسط مایک Rycroft، ناشران EE

تابش بازتاب و منتشر در طرف مقابل از ماژول های خورشیدی می تواند قدرت خروجی ماژول های خورشیدی را بدون افزایش کارایی بالا افزایش دهد.

از لحاظ تاریخی، سلول های خورشیدی دوتایی (BF) برای ساخت برنامه های کاربردی یکپارچه PV یا در مناطقی که بیشتر انرژی های خورشیدی در دسترس هستند، نور خورشید پخش شده است که از زمین و اشیاء اطراف آن، مانند عرض های شدید و مناطق برفی برآمده، هدف قرار گرفته است. با این حال، ترکیبی از کارایی حداکثر تابش از سلول های خورشیدی قابل چاپ روی صفحه نمایش استاندارد و کاهش قابل توجه هزینه های شیشه های خورشیدی در سال های اخیر، استفاده از دوز شیشه ای (DG)، انعطاف پذیر بودن، ماژول های خورشیدی دو چشمی را به نقطه ی درخشان بازگرداند [2] .

هدف از تکنولوژی BF افزایش بهره وری از ماژول یا پانل خورشیدی نیست، بلکه برای جذب بیشتر انرژی خورشیدی در هر ماژول. دستاوردهای تا 30٪، بسته به عوامل مانند بازتابی از سطح زمین، ارتفاع بالای زمین، زاویه شیب و چندین نفر دیگر، پیش بینی می شود. تابش دریافت شده توسط ماژول شامل چندین جزء است:

1. تابش مستقیم از خورشید.

2. اشعه ماوراء بنفش ناشی از ذرات هوا، ابرها و دیگران.

3. تابش بازتاب از سطوح نزدیک به ماژول خورشیدی.

تابش بازتاب شده به طور کلی در محاسبات انرژی خورشیدی در نظر گرفته نشده است. اندازه گیری های تابشهای اشباع به منابع تابشی بالای سطح افقی اشاره دارند. روش معمول اندازه گیری تابش خورشیدی از یک pyranometer استفاده می کند که به صورت افقی نصب می شود و تنها اندازه گیری تابش در بالای صفحه افقی است. حتی در یک پیکربندی کج شده، pyranometer به اندازه گیری تابش در زیر سطح اندازه گیری (نگاه کنید به شکل 1).

شکل 1: اندازه گیری تابش خورشیدی با یک pyranometer.

تابش اشعه ماوراء بنفش می تواند مقدار قابل توجهی از کل رادیوتراپی را به وجود آورد، اما بسیاری از این ها در یک ماژول کج شده یا افقی نصب نمی شود. خم شدن این ماژول شدت تابش مستقیم را افزایش می دهد اما بخش بزرگی از تابش غیر مستقیم را متوقف می کند. تابش اشعه ماوراء بنفش در طبیعت است، یعنی همان مقدار بدون توجه به منبع دارد، در حالی که تابش منعکس بستگی به ماهیت سطح اطراف آرایه خورشیدی، زاویه آرایه و سایر عوامل دارد. پانل جلویی هر دو تابش مستقیم و منتشر را دریافت می کند، نسبت بسته به زاویه شیب پانل.

قسمت عقب ماژول نور از دو منبع دریافت می کند:

·          پراکندگی در نزدیکی: منعکس مستقیم و منتشر منتشر شده است.

·          تابش اشعه ماوراء بنفش: تابش غیرفعال شده به طور مستقیم از منابع پراکنده.

سطوح مختلف نور را با نرخ های مختلف بازتاب می دهند و خواص بازتابنده توسط عامل آلبدو توصیف می شود. آلبومو بازتابی از یک سطح غیرخطی را توصیف می کند - آن را با نسبت بین نور منعکس شده از سطح و تابش اتفاقی تشخیص می دهد. برای برخی از مقادیر اندازه گیری آلبدو، جدول 1 را ببینید [2]

نسبت نور منتشر شده به نور مستقیم با شرایط متفاوت خواهد بود. در زیر نور خورشید به دلیل ابر، درصد نور منتشر شده بالاتر از شرایط خفیف است و بنابراین افزایش نسبت به PV monofacial بالاتر از شرایط خفیف است [5].

ساخت ماژول BF

ساخت سلول

سلولهای مونوفاسالی PV معمولا با یک لایه بازتابنده در چهره پشتی سلول ساخته می شوند تا جذب نور بیشتری از روی سطح جلویی را جذب کند. فوتون هایی که در لایه ی جلو جذب نمی شوند می توانند در سفر بازگشت جذب شوند، بنابراین کارایی سلول افزایش می یابد. این به این معنی است که فوتون هایی که در جهت مخالف به حالت عادی می روند، می توانند برق تولید کنند و اگر فوتون هایی که روی چهره پشت قرار می گیرند بتوانند وارد سلول شوند، می توان آنها را به طور موثر برای تولید برق استفاده کرد. این امر با حذف جزئی لایه بازتابی انجام می شود که همچنین به عنوان یک هادی عمل می کند (نگاه کنید به شکل 2).

شکل 2: نور بازتاب در عقب پانل [3].

کاهش لایه رسانا در عقب سلول، مقاومت را افزایش می دهد و در عقب سلول بیشتر از هادی ها مورد نیاز است تا جبران شود. این مساحت عقب سلول در دسترس برای تابش را کاهش می دهد.

ساخت انواع سلول های PV بسیار پیچیده تر از نشان داده شده است و تبدیل کاملا ساده نیست. مراحل دیگری نیز برای ایجاد یک سلول BF وجود دارد که کارآیی دارد. طرح های متعددی ظهور کرده اند که از اصل BF استفاده می کنند. بیشتر شامل تغییر سلول های موجود است، اما چندین آنها به طور خاص به عنوان سلول های BF طراحی شده اند.

دو نوع ساخت سلول دو قطبی در بازار مورد استفاده قرار می گیرد: اتصال ناهماهنگ و سلول عقب امضایی (PERC). سلول های Heterojunction استفاده از سیلیکون تک کریستالی را در حالی که سلول PERC در نسخه های سیلیکونی مونو و پلی کریستالی موجود است. سلولهای دوفازی برای ساختن پیچیده تر است و این به هزینه ماژول افزوده می شود.

کارایی روشنایی عقب پایین تر از روشنایی جلو است، همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است. این عمدتا به دلیل افزایش سطح اشغال شده توسط هادی ها در عقب سلول نسبت به جلو است.

ساخت ماژول

پانل های سیلیکونی بلوری Monofacial (MF) معمولا در عقب کپسولنده در عقب قرار دارند اما این روش با سیستم های BF قابل استفاده نیست. این ماژول باید سطوح پشت و جلو شفاف داشته باشد که قدرت مکانیکی دارند. علاوه بر این، سلول ها باید در یک لایه مواد محافظ محصور شوند. شایع ترین پیکربندی پذیرفته شده یک لایه دوگانه از شیشه فتوولتائیک محسوب می شود که سلول هایی که در یک ماده پلیمری محافظ قرار گرفته اند.

یا یک لایه بیرونی شفاف مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش یا یک لایه اضافی از شیشه های خورشیدی لازم است تا نور در پشت یک سلول دو طرفی روشن شود. در اغلب موارد، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، تولید کنندگان یک بسته شیشه ای روی شیشه را انتخاب می کنند که به طور کلی دوام میدانی نسبت به گزینه های شیشه ای روی فیلم را بهبود می بخشد. بسته بندی شیشه ای شیشه ای سخت تر است، که باعث کاهش فشار مکانیکی روی سلول ها در حین حمل و نقل، بارگیری و نصب و همچنین تنش به علت شرایط محیطی مانند باد یا برف می شود. پیکربندی نیز آب کمتر قابل نفوذ است، که می تواند باعث کاهش میزان تخریب سالانه شود. ماژولهای دو طرفه بدون قابلیتی هستند. از بین بردن قاب آلومینیوم به طور موثر فرصت های تخریب ناشی از پتانسیل (PID) را کاهش می دهد [3].

شکل 3: تفاوت بین سلول های PV یکپارچه و دو طرفه.

نصب دوگانه شیشه (DG) دارای چندین مزیت است:

·          کاهش میکروکراکینگ، لایه برداری و خوردگی رطوبت.

·          دمای سلول پایین

·          هیچ تخریب ناشی از پتانسیل وجود ندارد، زیرا هیچ قاب فلزی نیاز به زمین ندارد.

·          میزان تخریب پایین

·          بالاتر از درجه حرارت آتش.

·          قوی تر مکانیکی و خم شدن کمتر.

محصولات بازار

جدول 3 برخی از سیستم های BF موجود در بازار را در حال حاضر با ویژگی های آنها فهرست می کند.

پارامترهای Peformance

پارامترهای چندگانه در صنعت برای توصیف ویژگی های ماژول های خورشیدی BF استفاده می شود.

ضریب دوفازی

این نسبت بین راندمان سمت عقب و جلو است یا نسبت قدرت جلو به عقب اندازه گیری شده در شرایط آزمایش استاندارد است.

سود دوفازی

این قدرت اضافی از پشت مودم نسبت به قدرت از جلوی ماژول در شرایط آزمون استاندارد به دست می آید. افزایش نفوذپذیری به نصب (ساختار، ارتفاع، زاویه شیب و دیگران) و آلبدو از سطح زمین بستگی دارد.

شکل 4: ساخت یک ماژول شیشه دوگانه شیشه ای.

بدست آوردن دوفازی = ( 𝑌𝐵𝑖 - 𝑌 ) / 𝑌𝑀𝑜

جایی که:

YB _i = قدرت از ماژول BF.

YM _o = قدرت از یک ماژول MF تحت شرایط مشابه.

آلبدو

این نسبت نور منعکس شده از یک سطح به نور حادثه است و با انواع سطح متفاوت متفاوت است.

شکل 5: اثر ارتفاع در افزایش BF. آلبدو 80٪، ردیف زمین 2.5 متر [4].

نسبت پوشش زمین

این نسبت نسبت مساحت زمین تحت پوشش ماژول های PV به کل زمین مورد استفاده در نصب است. این نسبت به نور منعکس شده تاثیر می گذارد و می تواند بر عملکرد پانل BF تاثیر بگذارد.

نصب بهینه از ماژول BF

از آنجایی که ماژولهای دو طرفه تابش خورشید را از دو طرف جذب می کنند، آنها اجازه می دهد گزینه های مختلف شیب و نصب و راه اندازی را برای زمین های بالا، نصب و راه اندازی روی زمین، بیابان و مناطق برفی و یا برنامه های کاربردی در آب. سیستم های نصب شده طراحی شده برای بهینه سازی بازتاب و انعکاس از پشت بام ها و دستگاه های نصب شده بر روی زمین، ساختار بالای زمین یا سقف را افزایش می دهند تا نور بیشتری پراکنده یا منعکس کنند.

ارتفاع سازه و فاصله

بالا بردن ساختار بالای زمین باعث افزایش میزان اشعه می شود که به پشت پانل می رسد و به همین ترتیب باعث افزایش عملکرد و دو طرفه می شود. افزایش فاصله بین ردیف ها نیز افزایش سود دوفازی را افزایش می دهد (نگاه کنید به شکل 6).

شکل 6: تابش در پانل BF عمودی نصب شده (Sanyo).

افزایش به نظر می رسد در ارتفاع حدود 1 متر صاف است. افزایش ارتفاع ساختار اثر بسیار برجسته ای بر روی آرایه های سقف کشی دارد، به ویژه در صورتی که سقف های مسطح درگیر هستند. خطر افزایش بارگذاری باد می تواند یک مشکل باشد. چندین سازنده ساخت سازه ها ساختارهای بالاتری برای نصب و راه اندازی زمین و سقف تولید کرده اند.

دستاوردهای به دست آمده با افزایش ارتفاع می تواند به خوبی در ساختارهای باز شل مانند مکان های پارکینگ و باری های ذخیره سازی هوای آزاد، و همچنین مناطق تفریحی و مهمان نوازی استفاده شود. Encapsulant شفاف اجازه می دهد برخی از نور به فیلتر از طریق ماژول.

پانل های BF عمودی جهت

یکی از جالب ترین برنامه هایی است که از آرایه BF ظاهر می شود، امکان آرایه ی عمودی است. پانل های عمودی پنل BF به طور موثر در گذشته به عنوان موانع صوتی و نور در بزرگراه ها مورد استفاده قرار گرفته است. پانل عمودی نصب شده اشغال فضای بسیار کمتر از پانل افقی یا کجی است. دو گزینه وجود دارد، گرایش کلاسیک شمالی و جنوبی و جایگزین غرب و شرق.

برای پاسخگویی بهتر به تقاضای داخلی با پروفیل های تولید PV در طول روز، روند استفاده از جهت پانل شرق و غرب وجود دارد، جایی که نیمی از پانل ها به سمت شرق به سمت کوه می روند تا یک صبح روز تولید شود و نیمه باقی مانده به سمت غرب به سمت اجازه دهید پیک نسل بعدی بعدازظهر (نگاه کنید به شکل 7). این مشخصات دو پیک می تواند بهتر از مصرف برق در محل، به ویژه برای تاسیسات مسکونی و تجاری مناسب باشد.

شکل 7: الگوی تابش روزانه در ماژول BF شرق-غرب [5].

این روش غیر متعارف می تواند به یک قدم جلوتر برود اگر به صورت عمودی نصب شده از ماژول های دو چرخه مواجه با شرق و غرب استفاده شود که بیشتر از تعداد ماژول های مورد نیاز برای نصب معادل است. این پیکربندی دوباره تولید دو قله نسل، اما همچنین از نور اضافی منتشر شده به ماژول بهره مند خواهد شد. پانل های BF اجازه می دهد تا یک جهت عمودی متصل به شرق و غرب با پتانسیل تولید انرژی بالاتر از پانل های monofacial.

در جهت شمال و جنوب، پانل جلویی تابش مستقیم و منتشر را دریافت می کند و پشت پانل تابش منتشر را دریافت می کند. در جهت شرقی-غرب با طرف مقابل طرف شرق و غرب، هر دو طرف تابش مستقیم و منعکس را در زمان های مختلف از روز دریافت می کنند (نگاه کنید به شکل 7). در اولین سایت، روش نصب به نظر می رسد ناکارآمد است، همانطور که در ظهر، خورشید در سمت راست به پانل ها است و خروجی نباید وجود داشته باشد. خروجی قابل توجهی به دلیل این واقعیت است که هر دو قسمت جلو و عقب حداکثر میزان شعاع پخش شده و منعکس را دریافت می کنند.

اشعه ای که توسط یک ماژول دریافت می شود تا حد زیادی بر بازتاب (البدو) اشیاء اطراف و زمین بستگی دارد. این برای ماژول های عمودی در تابستان در حدود ساعت ظهر بسیار مهم است، زیرا نور مستقیم پرتوهای نورانی شدیدتر است، اما زمانی که زاویه خورشید به این معنی است که تابش مستقیم نور توسط ماژول ها نسبتا کوچک است. یک پانل دو طرفه عمودی گرد و غبار و انباشت برف را کاهش می دهد و دو قله خروجی را در طول روز، با پیک دوم به حداکثر تقاضای برق متصل می شود (نگاه کنید به شکل 8).

شکل 8: مقایسه بین گزینه های نصب [5].

یکی از دلایل تولید انرژی بیشتر این است که دمای ماژول شرق-غرب در طول زمان حداکثر تابش در مقایسه با ماژول جنوبی محور پایین تر است. بسیاری از شبکه های با نفوذ بالا خورشیدی دارای مازاد انرژی در طول روزهای اوج تولید روزانه و کمبود در طول دوره خاموش است. جابجایی قله ها با استفاده از جهت عمودی جهت شرق و غرب برای PV جدید منحنی تولید انرژی را حتی بیشتر می کند (نگاه کنید به شکل 9).

چشم انداز آینده

اگرچه پروژه های متعددی با استفاده از ماژول های BF وجود دارد، درصد ماژول های BF در بازار در حال حاضر بسیار کوچک است، اما انتظار می رود در آینده به طور قابل توجهی افزایش یابد، زیرا محصولات بیشتری به بازار عرضه می شود و نصب بیشتر انجام می شود. انتظار می رود بهبودی تا 30٪ در خروجی بسیار جذاب تر از چند درصد افزایش بهره وری است که ممکن است با توسعه تکنولوژی به دست آید.

شکل 9: رشد مورد انتظار در استفاده از سلول BF [1].

منابع

[1] T Dullweber و همکاران: "سلولهای خورشیدی PERC + دوگانه: وضعیت اجرای صنعتی و دیدگاه های آینده"     کارگاه bifiPV2017، کنستانس، اکتبر 2017.
[2] W Herman: "ویژگی های عملکرد ماژول های دو طرفه PV و برچسب قدرت" ، کارگاه bifiPV2017، کنستانز، اکتبر 2017.
[3] D Brearly: "سیستم های دو طرفه PV"، مجله Solarpro شماره 10.2، مارس / آوریل '17
[4] Solarworld: " چگونه به حداکثر رساندن عملکرد انرژی با تکنولوژی دو چشمی"، مقاله سفید SW9001US 160729
[5] EPRI: "ماژول های PV دو فاز خورشیدی"، www.epri.com