تحلیل تغییرات در پارامترهای الکتریکی کاشی‌های خورشیدی بر اساس محل سایه و پیکربندی اتصال

چکیده

این مقاله به بررسی تأثیر ساختارهای ارتباطی و مکان‌های سایه‌زدگی روی سلول‌های فتوولتائیک بر معیارهای خروجی کاشی‌های خورشیدی می‌پردازد. مسأله سایه‌زدگی در تمام نصب‌های فتوولتائیک وجود دارد، اما برای کاشی‌ها می‌تواند به‌طور چشمگیری منجر به کاهش قدرت نسبت به panel‌های سنتی شود. برای بررسی این موضوع، سه الگوی اتصال – سری، موازی و ترکیبی – با سطوح سایه‌زدگی متفاوت آزمایش شد و پارامترهای خروجی به‌دست‌آمدهٔ هر کاشی، همراه با ویژگی‌های جریان‑ولتاژ و عملکرد کل سیستم ارائهurde.

مقدمه

در چند سال اخیر نصب‌های فتوولتائیک در داخل سرزمینΤα عضلانی به سرعت رشد کرده‌اند. نوع سلول‌های مورد استفاده (PV) نیز در حال تحول است؛ از سلول‌های پلی‌کریستالی که به‌طور فوتوریک کاهش می‌یابند، به سمت سلول‌های مونوکریستالی با کارایی بالاتر حرکت می‌شود. به‌علاوه، ساختارهای نیمی که با سه دیود بای‌پس محافظت می‌شوند امروزه استاندارد شده‌اند. فناوری‌های نوظهور مرتبط با بافت‌های خورشیدی یکپارچه (BIPV) مانند کاشی‌های خورشیدی، روزنه‌های نورگیر، پنجره‌های نورگرا و غیره نیز روز به روز محبوب‌تر می‌شوند.

در طول عمر یک پروژه فتوولتائیک، معیارهای خروجی آن ممکن است تغییر کند؛ به‌علاوه، می‌تواند موقعیت‌های موقتیی رخ دهد که به‌طور موقت به تولید انرژی تأثیر می‌گذارد، مثلاً به‌دلیل سایه‌زدگی سلول‌ها. سایه‌زدگی می‌تواند دلایل ثابت (مانند ساختارهای ساختمانی یا منظره) یا تصادفی (آلودگی، برگ‌ها، حیوانات، پرندگان و…) باشد. عوامل ثابت باید هنگام طراحی نصب در نظر گرفته و از آن‌ها حذف شوند، در حالی که سایه‌زدگی‌های تصادفی غیرقابل پیش‌بینی هستند و برای کمینه کردن خسارات، راهکارهای مختلفی باید به کار رود.

سیستم‌های فتوولتائیک سنتی

در مورد panel‌های سنتی، مشکل سایه‌زدگی به‌طور گسترده در ادبیات تحلیل و بررسی قرار گرفته و مطالعات آزمایشی، تحلیل‌های ریاضی و شبیه‌سازی‌های متعدد موجود هستند. برای محصولات BIPV، این مسأله حتی فönهای بارانی‌تری می‌تواند به‌دلیل سطح دسترسی محدود، پارامترهای الکتریکی پایین‌تر و نیاز به پیوندهای سری‑موازی بزرگ‌تر باشد.

پیامدهای سایه‌زدگی

در پروژه‌های کلاسیک فتوولتائیک (به‌ویژه در موارد پروسومر) معمولاً یک تبدیل‌کننده ارتقاweisen به ورودی MPPT متصل می‌شود. معیارهای خروجی زنجیرهٔ سری همان‌طور که به ورودی تبدیل‌کننده نیاز دارد، همانند پارامترهای ورودی است. جریان تولید شده توسط panel‌ها حدود ۱۰ تا ۱۲ آمپر است و حفاظت‌کفش حداکثر حدود ۱۶ آمپر می‌باشد. ولتاژ کل زنجیرَه می‌تواند تا حدود ۹۰۰ ولت برسد که در بازه عملیاتی تبدیل‌کننده قرار دارد. کاشی‌های خورشیدی مورد بررسی، جریانات و ولتاژهای کم‌رنگ‌تری دارند که مستلزم اتصال‌های سری‑موازی در ورودی تبدیل‌کننده می‌شود.

موضوع مطالعه

در این تحقیق از کاشی‌های خورشیدی تولیدیکهٔ یک شرکت названِ فوتون درéhستان استفاده شد. تصویر نمای کاشی در شکل ۱ ارائه شده و داده‌های فنی آن در جدول ۱ درج شده است.

شکل ۱. کاشی خورشیدی Fotton FTDS52

برای ساخت یک نصب نمونه و محبوب پروسومر درéhستان با قدرت حدود ۴.۵ کیلووات، لازم است از ده panels فتوولتائیک سنتی ۴۵۰ W به‌کار رود؛ هر یک را به‌صورت زنجیرهٔ سری متصل کرده و خروجی هر یک نزدیک به Im ≈ ۱۱ A و Um ≈ ۴۱۰ V خواهد بود. برای همین کاشی‌ها، باید ۸۶ عدد کاشی و دو رشتهٔ هم‌مرات که هر کدام شامل ۴۳ کاشی باشد، به‌کار رود. بدین ترتیب یک زنجیرهٔ تولید‌کنندهٔ PV با پارامترهای تقریباً Im ≈ ۱۰.۶ A و Um ≈ ۴۲۱ V شکل می‌گیرد که نزدیک به مقادیر panel‌هاست. تبدیل‌کننده در هر دو حالت به‌صورت مشابه کار می‌کند و سایر اجزاهای حفاظتی نیز یکسان می‌مانند. مساحت سقف که با کاشی‌ها پوشش می‌شود حدود ۳۴ متر مربع است؛ در مقابل، استفاده از panels نیاز بهحوالی ۲۲ متر مربع می‌پردازد.

تأثیر پیکربندی و موقعیت سایه‌گذاری بر کاشی‌های خورشیدی

این پژوهش به‌صورت سیستماتیک به بررسی تأثیر پیکربندی و موقعیت سایه‌گذاری بر کاشی‌های خورشیدی می‌پردازد. اندازه‌گیری‌ها با استفاده از دستگاه تست استاندارد نشان‌داده‌شده در شکل 2a انجام شد و نتایج در شکل 2b تصویر شده‌اند.

تأثیر پیکربندی کاشی‌های خورشیدی نامتغیر

آزمایش‌های مربوط به بررسی تأثیر پیکربندی بر پارامترهای الکتریکی کاشی‌های خورشیدی در یکی از روزهای ژوئیه ۲۰۲۱ انجام شد. شدت تابش در بازه ۹۸۰ تا ۹۸۸ وات بر متر مربع متغیر بود. این مطالعه شامل یک کاشی منفرد و اتصال سه کاشی به شکل‌های سری، موازی و ترکیبی بود.

مقایسه ویژگی‌های یک کاشی خورشیدی منفرد با مدارهای سری و ترکیبی

در تحلیل مقایسه‌ای ویژگی‌های جریان-ولتاژ (I = f(U)) برای مدارهای مختلف، مشخص شد شرایط آب‌وهوایی در طول دوره اندازه‌گیری ثابت بود و انطباق روابط الکتریکی تأیید گردید. جریان در مدارهای موازی جمع شده و ولتاژ در مدارهای سری مانند حالت تکی یا مدارهای موازی افزوده می‌شود.

نتایج به‌دست‌آمده با معادلات زیر مقایسه شد [۸,۱۱]:

که در آن: Pm – توان حداکثر [W]، Im – جریان در نقطه حداکثر توان [A]، Isc – جریان کوتاه‌مدار [A]، Um – ولتاژ در نقطه حداکثر توان [V]، Uoc – ولتاژ مدار باز [V]، FF – ضریب پُری [–]، η – بازده تبدیل فتوولتائیک [%]، E – شدت تابش [W/m²]، S – سطح فعال [m²].

قدرت تولیدی یک کاشی منفرد ۳۸ وات بود، در حالی که مدارهای سری، موازی و ترکیبی به‌ترتیب ۱۰۹، ۹۸ و ۸۱ وات تجربه کردند. این نتایج نشان می‌دهند پیکربندی تأثیر معناداری بر میزان توان تولیدی ندارد، به‌ویژه هنگامی که سایه بر سلول‌ها ایجاد می‌شود.

مدار ترکیبی نسبت به کاشی منفرد افزایشی دوبرابری (و نه سه‌برابری) دارد، دلیل آن نیز تعداد نابرابر سلول‌هاست.

اگر سامانه شامل دو کاشی در مدار موازی و دو کاشی در مدار سری می‌بود، توان تولیدی چهار برابر یک کاشی منفرد می‌شد.

توضیحات تفصیلی‌تر درباره این مورد در تحلیل شکل ۱۰ و نمودارهای مربوط به شکل ۱۱ آمده است.

سایه‌گذاری یک کاشی فردی

برای بررسی تأثیر سایه بر عملکرد یک کاشی خورشیدی منفرد، یک ردیف سلول افقی (۹ سلول) و چهار ردیف عمودی (۴ ستون) به‌عنوان ناحیه سایه انتخاب شد، همان‌طور که در شکل ۴ نشان داده شده است.

شکل ۵. ویژگی‌های I = f(U) یک کاشی خورشیدی منفرد در حالت‌های مختلف سایه‌گذاری با تابش E = ۵۹۱ W/m².

مقایسه نمودارها نشان می‌دهد جریان کوتاه‌مدار برای کاشی‌های سایه‌دار به‌طور قابل توجهی کاهش یافته (۰.۰۲ A برای حالت ستون سایه‌دار و ۰.۰۵ A برای حالت ردیف سایه‌دار). در این حالت‌ها، کاشی تقریباً هیچ توانی تولید نمی‌کند. ولتاژ مدار باز در حالت سایه‌دار ستونی (۶.۷ V) کمتر از حالت سایه‌دار ردیفی (۹.۴ V) است.

در مقابل، کاشی بدون سایه تحت تابش مشابه، ولتاژ مدار باز ۱۰.۷ V و جریان کوتاه‌مدار ۱.۷۹ A داشت که منجر به تولید توان ۱۵.۰۲ وات می‌شد.

سایه‌گذاری در مدار سری

آزمایش‌های دیگری نیز روی زنجیره‌ای از سه کاشی خورشیدی به‌صورت سری انجام شد؛ یکی با یک کاشی کاملاً سایه‌دار (شکل 6a) و دیگری با سایه‌گذاری بخشی از زیرمجموعه (شکل 6b).

شکل ۷. ویژگی‌های I = f(U) سه کاشی خورشیدی به‌صورت سری برای حالت‌های مختلف سایه‌گذاری با تابش E = ۹۸۱ W/m².

تغییرات در پارامترهای الکتریکی کاشی‌های خورشیدی تحت سایه

در مورد اولین حالت که یک پنل کامل PV (فوتو ولتائیک) تحت سایه قرار گرفت، ولتاژ کل زنجیره برابر با مجموع ولتاژهای تولید شده توسط دو ژنراتور PV دیگر است (Uoc = ۱۹.۳ V به جای ۳۰.۳ V). کاشی خورشیدی سایه‌دار توانایی تولید جریان را ندارد و توسط یک دیود بایپس دور زده می‌شود، بنابراین جریان در پیکربندی با سایه ۵.۳۷ A و در حالت زنجیره بدون سایه – ۵.۶۴ A است. برای هر سه کاشی خورشیدی نیمه سایه‌دار، عدم تولید جریان (۰.۰۵ A) قابل مشاهده است و ولتاژ برابر با مجموع ولتاژهای سه کاشی سایه‌دار (۱۸.۴ V) است، که تأییدی بر داده‌های ارائه شده در شکل ۵ است، جایی که یک کاشی خورشیدی ولتاژ ۶.۷ V تولید کرد. برای یک سیستم با کاشی خورشیدی مسدود شده، قدرت تولید شده معادل ۶۸.۷۸ W است، در حالی که در حالت دیگر تنها ۰.۱ W است.

سایه‌زنی در اتصال موازی

شکل‌های مشابهی از سایه‌زنی کاشی‌های خورشیدی PV برای اتصال موازی آنها (شکل ۸) استفاده شد و مقایسه مشابهی برای منحنی‌های جریان-ولتاژ رسم شد (شکل ۹).

شکل ۸. پیکربندی سایه‌زنی سه کاشی خورشیدی PV در یک اتصال موازی: الف) با یک پنل که کاملاً مسدود شده است، ب) با نیمه‌های مسدود شده تمام کاشی‌ها

شکل ۹. ویژگی‌های جریان-ولتاژ سه کاشی خورشیدی PV در یک اتصال موازی برای حالت‌های سایه‌زنی مختلف در E = ۹۸۱ W/m2

هنگام تجزیه و تحلیل نمودارهای I = f(U) (شکل ۹) از سه کاشی خورشیدی PV متصل به صورت موازی برای موارد مختلف سایه‌زنی، می‌توان وضعیت مشابهی را برای اتصال سری مشاهده کرد. وقتی که پنل کاملاً سایه‌دار است (شکل 8a)، جریان اتصال کوتاه برابر با مجموع جریانات تولید شده توسط دو کاشی دیگر که سایه‌دار نیستند، به دست می‌آید (۱۰.۴۸ A به جای ۱۵.۵۴ A) و ولتاژ مدار باز برابر ۹.۶۵ V است، که این مقدار از ۹.۹۶ V به علت پنل سایه‌دار کاهش یافته است. کاهش ولتاژ در دیود بایپس ممکن است بین ۰.۲ – ۰.۷ V باشد که تأیید شده است. با سایه‌زنی نیمه‌های همه کاشی‌های خورشیدی PV، ولتاژ مدار باز برابر با ۶.۷۸ V است (دقیقاً مشابه مورد شکل ۵) و جریان اتصال کوتاه ۰.۰۵ A است. در پیکربندی‌های ارائه‌شده، هنگامی که کل کاشی سایه‌دار است، قدرت تولید شده برابر با ۵۸.۴۵ W است و وقتی نیمه‌های کاشی‌ها سایه‌دار هستند، برابر ۰.۸ W است.

سایه‌زنی در اتصال سری-موازی

برای بررسی تأثیر محل سایه بر پارامترهای خروجی یک زنجیره سری-موازی از کاشی‌های خورشیدی PV، اندازه‌گیری‌ها برای پیکربندی بدون سایه‌زنی انجام شد، همان‌طور که در شکل ۱۰ نشان داده شده است، که بدین ترتیب ویژگی‌های جریان-ولتاژ پایه برای تحلیل‌های بعدی به‌دست آمد (شکل ۱۱). جریانات و ولتاژهای مربوطه در زنجیره سری و موازی این پیکربندی برای ارائه دقیق‌تر انتشار جریانات و ولتاژها در بخش‌های مختلف مدار اندازه‌گیری شدند.

شکل ۱۰. نمودار شماتیک سیستم اندازه‌گیری برای مطالعه تأثیر سایه بر عملکرد سه کاشی خورشیدی PV در یک اتصال سری-موازی

شکل ۱۱. ویژگی‌های جریان-ولتاژ سه کاشی خورشیدی PV بدون سایه در اتصال سری-موازی در E = ۹۶۱ W/m2

هنگام تجزیه و تحلیل نمودارهای I = f(U) از سه کاشی خورشیدی PV بدون سایه در یک اتصال سری-موازی، که در شکل ۱۱ ارائه شده است، می‌توان مشاهده کرد که جریانات I_PV3 و I_PV2 تقریباً برابر هستند، که به معنای انتشار یکنواخت جریان I در زنجیره موازی است. این کاشی‌ها حداکثر جریان اتصال کوتاه را در تابش داده شده تولید می‌کنند، که بدین معناست که جریان نتیجه‌ای اتصال کوتاه برابر با ۱۰.۱۴ A است و از طریق کاشی PV1 متصل شده در سری عبور می‌کند. از آنجا که کاشی PV1 نمی‌تواند در چنین مقداری از جریان (بالاتر از حداکثر جریانی که خودش تولید می‌کند) عمل کند، یک “میناکار” خاصی هنگام افزایش ولتاژ قابل مشاهده است و مقدار آن در سطح جریان اتصال کوتاه یک کاشی خورشیدی (تقریباً ۵ A) تعیین می‌شود. این بدین معناست که در نقطه حداکثر قدرت، کاشی PV1 مقدار جریانی که در مدار جاری است را تعیین می‌کند، که به دو کاشی از پیکربندی موازی (PV2 و PV3) توزیع می‌شود، و این مقدار به حدود ۵۰% قدرت آنها محدود خواهد شد. از آنجا که هیچ سایه‌ای وجود ندارد و تمام کاشی‌ها به طور یکنواخت روشن هستند، ولتاژهای U_PV1 و U_PV2 برابر هستند (به ترتیب ۱۰.۴۹ V و ۱۰.۶۷ V) و ولتاژ کل سیستم برابر با مجموع آنها (۲۱.۱۵ V) است. مقدار قدرت تولید شده در نقطه حداکثر قدرت برابر با ۸۱.۵۵ W است.

محل‌های سایه‌زنی در سیستم آزمایش شده

• در نیمه دو کاشی خورشیدی PV در زنجیره موازی (شکل ۱۲)،
• در کل کاشی خورشیدی از زنجیره موازی (شکل ۱۴)،
• در کل کاشی خورشیدی متصل به سری به گروهی از دو مورد موازی (شکل ۱۶)،
• یک ردیف از سلول‌های کاشی خورشیدی از قسمت موازی اتصال (شکل ۱۸)،
• ۴ ستون از دو ردیف کاشی خورشیدی، از قسمت موازی اتصال (شکل ۲۰).

شکل‌های ۱۲، ۱۴، ۱۶، ۱۸ و ۲۰ تنها بخش متغیر مدار از شکل ۱۰ را ارائه می‌دهند و همچنین مکان وقوع سایه‌زنی را برای مکان دقیق آن نشان می‌دهند. بخش بار-اندازه‌گیری باقی‌مانده در هر مورد بدون تغییر باقی‌مانده است.

نخستین مورد سایه‌زنی که بررسی می‌شود، نیمه‌مسدود شدن دو کاشی خورشیدی PV زنجیره موازی است (شکل ۱۲).

شکل ۱۲. پیکربندی سایه‌زنی سه کاشی خورشیدی در اتصال سری-موازی با نیمه‌های مسدود شده از شاخه موازی

شکل ۱۳. ویژگی‌های جریان-ولتاژ سه کاشی خورشیدی در اتصال سری-موازی با نیمه‌های مسدود شده کاشی‌ها در E = ۹۵۷ W/m2

تحلیل ویژگی‌های کاشی‌های خورشیدی در سطوح سایه متفاوت

وقتی سه کاشی خورشیدی در یک زنجیره‌ی موازی تحلیل می‌شوند و نیمی از آن‌ها (یعنی دو کاشی) سایه‌زده‌اند (مانند شکل ۱۳)، پارامترهای مهم مدار فقط توسط کاشی PV1 که هنوز در نور است، تعیین می‌شود. این کاشی همانند یک کاشی ساده عمل می‌کند و ویژگی‌هایijon از جریان، ولتاژ و منحنی I‑U همانند یک کاشی خورشیدی واحد است که در شکل ۳ به نمایش گذاشته شده است.

کاشی‌های PV2 و PV3 در زمان کوتاه‌مدت جریانی به ترتیب ۲.۵۳ و ۲.۷۵ آمپر تولید می‌کنند، اما به دلیل استفاده از دیودهای بای‌پس، از مسیر اصلی جدا می‌شوند؛ لذا مسیر اصلی بدون تغییر شکل باقی می‌ماند. در این حالت، حداکثر توان قابل دسترس ۲۸.۶۱ وات است.

بررسی سایه‌زنی کامل یکی از پانل‌های خورشیدی

در ادامه، برای بررسی کامل سایه‌زنی یک پنل از شاخه موازی مورد بررسی قرار می‌گیرد (چینش در شکل ۱۴ قرار دارد).

در تحلیل ویژگی‌های سه کاشی خورشیدی که در یک زنجیره‌ی موازی متصل هستند و یک کاشی آن‌ها به‌طور کامل سایه‌زده است (باز به شکل ۱۵)، می‌توان تأثیرات زیر را مشاهده کرد:

• کاشی خورشیدی PV3 به دلیل سایه‌زنی کامل عمل نمی‌کند؛ تقریباً ۰.۲۹ آمپر جریان تولید نمی‌کند و توسط دیود بای‌پس حذف می‌شود.
• کاشی‌های خورشیدی PV1 و PV2 می‌توانند به‌طور عادی کار کنند و جریانات و ولتاژهای معقولی بازآفرینی کنند، چرا که تحت تأثیر PV3 قرار نگیرند.
• ولتاژ نهایی برابر مجموع ولتاژی کاشی‌های PV1 و PV2 است.

این حالت نسبت به آنچه در شکل ۱۲ توصیف شده است، مطلوب‌تر است؛ چون سیستم توان بیشتری (حدود ۶۶.۶۱ وات) را تولید می‌کند، اگرچه سایه همچنان همان است، اما توزیع آن متفاوت است. سایه‌ای که بر یک کاشی واحد می‌ tácید، این کاشی را از مدار حذف می‌کند، بدون اینکه به کارایی سایر کاشی‌ها آسیب بزند؛ بنابراین می‌توانند با توان کاملشان استفاده کنند.

بررسی سایه‌زنی کامل یکی از ژنراتورهای خورشیدی

سپس، متغیر سایه‌زنی بعدی، سایه‌زنی کامل یک ژنراتور خورشیدی است که به یک گروه موازی از کاشی‌ها متصل است (باز به شکل ۱۶). در تحلیل ویژگی‌های I‑U مربوطه (شکل ۱۷) می‌توان مشاهده کرد که جریان کوتاه‌مدت سیستم برابر مجموع جریان‌های تولیدی کاشی‌های PV2 و PV3 است. کاشی PV1 که سایه‌زده بود، توسط دیود بای‌پس حذف شد، به گونه‌ای که کاشی‌های باقی‌مانده می‌توانند حداکثر جریان ممکن را بسازند و محدود به ۵۰٪ نشوند، همان‌طور که در شکل ۱۰ نشان داده شده است. با این حال، کاشی‌های سری در عمل ولتاژی نهایی نمی‌سازند؛ فقط ولتاژی روی دیود بای‌پس مشاهده می‌شود. بنابراین ولتاژ کل سیستم برابر مجموع ولتاژهای کاشی‌های موازی و ولتاژی بر روی دیود بای‌پس کاشی PV1 است. در این حالت، حداکثر توان تولیدی به ۶۷.۵۵ وات می‌رسد.

تحلیل سایه‌زنی افقی بر روی ردیف سلول‌ها

سپس، مورد سایه‌زنی افقی بر روی یک ردیف سلول‌های یک کاشی خورشیدی که در شاخه موازی قرار دارد (باز به شکل ۱۸) بررسی می‌شود.

در تحلیل ویژگی‌ها از شکل ۱۹ می‌توان مشilic مشابهی مشاهده کرد که در شکل ۱۴ توصیف شده بود. کاشی PV2 که سایه‌زده بود، به دلیل سایه‌زنی به‌صورت بای‌پس از مسیر خارج می‌شود؛ لذا بر عملکرد PV3 تأثیری وارد نمی‌شود. به همین دلیل، کاشی‌های PV1 و PV2 می‌توانند با توان حداکثر خود کار کنند و پارامترهای خروجی به شرح زیر هستند: جریان کوتاه‌مدت ۵.۵۴ آمپر، ولتاژ باز ۲۰ ولت و توان تولید شده ۷۳.۸۷ وات.

آخرین متغیر سایه‌زنی

آخرین متغیر سایه‌زنی، سایه‌زنی نیمی از یک کاشی خورشیدی در شاخه موازی است (۴ ستون در دو ردیف، همان‌طور که شکل ۲۰ نشان می‌دهد).

در تحلیل ویژگی‌های سیستم در شکل ۲۱ بار دیگر می‌توان مشilic مشابه را دید که پیشتر بیان شد. کاشی PV2 که سایه‌زده بود، توسط دیود بای‌پس حذف شد؛ پس بار اضافی برای سایر کاشی‌ها باقی نمی‌ماند. پارامترهای خروجی به شرح زیر است: جریان کوتاه‌مدت ۵.۵۲ آمپر، ولتاژ باز ۲۰.۲۸ ولت، توان تولیدی ۶۸.۶۶ وات.

خلاصه

نتیجه‌گیری: این مطالعاتی مثبت به درک تأثیر موقعیت سایه بر پارامترهای خروجی سیستم‌های ترکیبی از کاشی‌های خورشیدی کمک کرده‌اند. بر پای‌داده‌های اندازه‌گیری، مقادیر کلیدی که پارامترهای تولید انرژی را تعیین می‌کنند، محاسبه شد و نتایج به جدول ۲ افزوده شد. سربرگ جدول شامل شماره‌های اشکالی مربوط به سیستم‌هایی است که بررسی شده‌اند.

تأثیر سایه بر عملکرد کاشی‌های خورشیدی

در طول آزمایش بررسی کردیم که shadow بر عملکرد سه کاشی خورشیدی (PV) در یک اتصال série‑واپی تأثیر می‌گذارد و خصوصیات توان‑ولتاژ برای انواع مختلف سایه‌زنی را تعیین کردیم. هنگام تحلیل مقایسه‌ای از P = f(U) که در شکل ۲۲ ارائه شده است، می‌بینیم که بالاترین مقدار توان حداکثری، Pₘ، برای سیستی بدون سایه (شکل ۱۰) برابر ۸۱.۵۴ W بوده است. در مقابل، کمترین مقدار Pₘ برابر ۲۸.۶۱ W برای سیستی است که در شکل ۱۲ نمایش داده شده و نیمه‌ای از دو ماژول در زنجیره سایه‌دار بود؛ در این حالتتوان تنها ۶۵ % از مقدار عادی تولید می‌شد. این کاهش شدید می‌تواند ازمنظر منحنی I = f(U) شکل ۱۳ مشاهده شود؛ زیرا همزمان جریان و ولتاژ تولیدی به‌صورت قابل‌توجهی کاهش می‌یابد وقتی نیمی از ماژول‌ها سایه‌دار می‌شوند.

[IMAGE_n]

مقایسه خصوصیات P = f(U) کاشی‌های خورشیدی

در هر一种 سایه‌زنی، چه به صورت ردیفی و چه ستونی از سلول‌های خورشیدی، سایه‌زنی کامل یک شاخه موازی را تحت تأثیر قرار می‌دهد و کاهش‌های مشابهی در مقدار توان حداکثری Pₘ نسبت به سیستم بدون سایه ایجاد می‌کند. خروجی‌های سیستم‌های نمایش داده‌شده در شکل‌های ۱۴، ۱۸ و ۲۰، همراه با ویژگی‌های جریان‑ولتاژشان که در شکل‌های ۱۵، ۱۹ و ۲۱ نشان داده شده‌اند، به‌طور چشمگیری شبیه به یکدیگر هستند؛ این همان شرایط بهینه برای بررسی تأثیر سایه بر سلول‌ها است. نسبت به یک سیستم بدون سایه، مقدار توان تولید شده حدود ۹‑۱۷ % کمتر می‌شود. وقتی خوینامهٔ I = f(U) را بررسی می‌کنیم، تنها جریانی کوتاه‌مدت Isc کمی کاه می‌کند، در حالی که ولتاژ باز‑دور Uoc ثابت می‌ماند؛ این نشان می‌دهد عملکرد اینورتر فتوولتائیک تا حد قابل‌قبول است. مقدار توان در این سیستم‌ها تقریباً همان مقدار توان که در شکل ۱۶ تولید می‌شود، Alliesm localidades است؛ اگرچه جریان و ولتاژ کمی متفاوت هستند.

به طور خلاصه، سرمایه‌گذارانی که می‌خواهند به جای پنل‌های سنتی، یک سامانه فتوولتائیک با کاشی‌های خورشیدی نصب کنند، باید آماده باشند تا با تغییرات قابل‌توجهی در پارامترهای الکتریکی ورودی به اینورتر و با تأثیرات سایه‌زنی محلی بر عملکرد سلول‌ها مواجه شوند. ایجاد یک سایه با مساحت دقیق روی یک یا چند کاشی می‌تواند باعث اختلافات متفاوتی در توان تولید‌شده شود؛ این اختلافات بسته به مکان سایه روی کاشی‌ها می‌تواند از یک کاشی تا چندین کاشی به‌طور گسترده متفاوت باشد.

منابع

1. Cardinale-Villalobos L., Meza C., Méndez-Porras A., MurilloSoto L.D., مقایسه کمی ترموگرافی مادون قرمز، بازرسی بصری و تکنیک‌های تحلیل الکتریکی بر روی ماژول‌های فتوولتائیک: یک مطالعه موردی، Energies ۱۵ (۲۰۲۲)، ۱۸۴۱. https://doi.org/10.3390/en15051841
2. Al Mamun M.A., Hasanuzzaman M., Selvaraj J., بررسی تجربی اثر سایه‌زنی جزئی بر عملکرد فتوولتائیک، IET Renew. Power Gener. ۱۱ (۲۰۱۷)، شماره ۷، ۹۱۲-۹۲۱، https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2016.0902.
3. Deline Ch., Meydbray J., Donovan M., Forrest J., ارزیابی سایه‌زنی جزئی از الکترونیک قدرت توزیع‌شده برای سیستم‌های فتوولتائیک، در: کنفرانس متخصصان فتوولتائیک IEEE, 38th (IEEE PVSC), ۲۰۱۲, Аастан، تگزاس، ۳-۸.۰۶.۲۰۱۲، ۱۶۲۷-۱۶۳۲، https://doi.org/10.1109/PVSC.2012.6317908
4. Hamdi S., Saigaa D., Drif M., مدل‌سازی و شبیه‌سازی آرایه فتوولتائیک با پیکربندی‌های اتصال مختلف تحت شرایط سایه‌زنی جزئی برای ارزیابی ضریب پرشدگی. کنفرانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر و پایدار (IRSEC), ۲۰۱۴، ۱۷-۱۹ اکتبر ۲۰۱۴، ورززازات، مراکش https://doi.org/10.1109/IRSEC.2014.7059896
5. Jansson P.M., Whitten K., Schmalzel J.L., سایه‌زنی ماژول‌های فتوولتائیک: تأثیرات شبکه هوشمند، در: سمپозиوم کاربردهای حسگر (SAS IEEE), ۲۰۱۱، Sun Antonio، تگزاس، ۲۲-۲۴.۰۲.۲۰۱۱، ۳۲۳-۳۲۸، https://doi.org/10.1109/SAS.2011.5739826
6. Abdulkadir M., Yatim A.H.M., Yusuf S.T., یک استراتژی کنترل MPPT مبتنی بر PSO بهبود یافته برای سیستم‌های فتوولتائیک، Int. J. Photoenergy, ۱۱ (۲۰۱۴)، https://doi.org/10.1155/2014/818232.
7. Nasiruddin I., Khatoon S., Jalil M.F., Bansal R.C., انتشار سایه از آرایه فتوولتائیک سایه‌دار جزئی با استفاده از ساختار فرد-زوج، انرژی خورشیدی, ۱۸۱ (۲۰۱۹)، ۵۱۹-۵۲۹، https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.01.076
8. Trzmiel G., Głuchy D., Kurz D., تأثیر سایه بر بهره‌برداری از تأسیسات فتوولتائیک، انرژی تجدیدپذیر, ۱۵۳ (۲۰۲۰)، ۴۸۰-۴۹۸، https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.02.010

منابع

1. [۹] لیقون ل.، زهیی س.، چونکسیا ل.، بررسی ویژگی‌های خروجی ماتریس فتوولتائیک (photovoltaic matrix) در شرایط سایه‌جزئی (partial shading) – اصل برهم‌نشینی ولتاژهای DC (DC voltage superposition) با استفاده از بسته نرم‌افزاری Matlab، Przegląd Elektrotechniczny، شماره 12a، سال ۲۰۱۲، صفحه ۲۸۴.
2. [10] https://www.fotton.pl/produkt/dachowka-solarna-fotton/، دسترسی: ۲ مارس ۲۰۲۲.
3. [۱۱] شچربوفسکی ر.، مطالعه‌ای بر نصب‌های فتوولتائیک (photovoltaic installations) – جنبه‌های فنی-اقتصادی (techno-economic aspects)، Przegląd Elektrotechniczny، شماره ۱۰، سال ۲۰۱۴، صفحات ۳۱-۳۶، doi:10.12915/pe.2014.10.08.

نویسندگان

دکتر مهندس داریوش کورز (Dariusz Kurz)، از دانشگاه صنعتی پوزنان (Poznań University of Technology) و موسسه مهندسی برق و الکترونیک صنعتی (Institute of Electrical Engineering and Industrial Electronics)، واقع در خیابان پیوتروو 3a، ۶۰-۹۶۵ پوزنان، با ایمیل: Dariusz.Kurz@put.poznan.pl؛ پروفسور دکتر مهندس ریشارد ناوروفسکی (Ryszard Nawrowski)، از همان دانشگاه و موسسه، با ایمیل: Ryszard.Nawrowski@put.poznan.pl؛ مهندس شچپان کاووژا (Szczepan Kałuża)، همچنین از همین موسسه، با ایمیل: Szczepan.Kaluza99@gmail.com.

شناسه منبع و ناشر

شناسه منبع و ناشر: PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY، ISSN ۰۰۳۳-۲۰۹۷، سال ۹۸، شماره ۷/۲۰۲۲. شناسه دیجیتال: doi:10.15199/48.2022.07.21

منتشر شده توسط PQBlog

مهندس برق

مشاهده پست‌های بیشتر

پرسش‌های متداول

چگونه سایه‌زدگی بر کارایی کاشی‌های خورشیدی تأثیر می‌گذارد؟

سایه‌زدگی می‌تواند منجر به کاهش قدرت تولیدی کاشی‌های خورشیدی شود به‌ویژه در مقایسه با پنل‌های سنتی.

پیکربندی مناسب اتصال برای سیستم‌های فتوولتائیک چیست؟

پیکربندی اتصال می‌تواند سری، موازی یا سری-موازی باشد، که انتخاب آن بستگی به نوع و محل نصب دارد.

برخی از مزایای کاشی‌های خورشیدی کدامند؟

کاشی‌های خورشیدی می‌توانند به زیبایی ظاهری ساختمان کمک کرده و در عین حال تولید انرژی کنند.

منبع: powerquality.blog