تجزیه و تحلیل اثرات دمای بالا بر بازده ماژول PV

دمای بالا باعث می شود پنل های خورشیدی به خصوص در مکان های گرم کمتر کار می کنند. دمای بالا به دلیل تغییرات فیزیکی و الکتریکی به عملکرد ماژول pv آسیب می رساند. ماژول های خورشیدی مانند PERC، TOPCon، IBC، و HJT با گرم شدن کارایی خود را از دست می دهند. ضریب دما نشان می دهد که چقدر بازده کاهش می یابد. برای اکثر ماژول ها، این عدد بین -0.24 و -0.34٪/°C است. در آب و هوای گرم، پنل های خورشیدی می توانند تا 65 تا 70 درجه سانتی گراد گرم شوند. این باعث افت شدید انرژی می شود.

راندمان پنل خورشیدی وقتی گرمتر می شود کاهش می یابد. این هم بر میزان برق تولید شده بلافاصله و هم در طول یک سال تأثیر می گذارد.

نوع ماژول (%/°C)	ضریب دمای	تلفات برق تخمینی در افزایش 40 درجه سانتی گراد
PERC	-0.34	حدود 13.6 درصد زیان
TOPCon	-0.32	حدود 12.8 درصد زیان
IBC	-0.29	حدود 11.6 درصد زیان
HJT	-0.24	حدود 9.6 درصد ضرر

اثرات دما بر بازده پنل خورشیدی یک نگرانی بزرگ برای طراحان ماژول های pv است. مطالعات نشان می دهد که ضرایب دما برای هر فناوری متفاوت است. این اعداد با گذشت زمان بدتر نمی شوند. وقتی دما بر راندمان پنل خورشیدی تأثیر می گذارد، به معنای انرژی کمتر و پول کمتر از سیستم های انرژی خورشیدی است.

خوراکی های کلیدی

• دمای بالا باعث می شود پنل های خورشیدی کمتر کار کنند. این به این دلیل است که گرما چیزهای درون ماژول ها را تغییر می دهد. این تغییرات باعث می شود که پنل ها برق کمتری تولید کنند.

• انواع مختلف پنل های خورشیدی در سرعت های مختلف انرژی خود را از دست می دهند. برخی از پنل ها مانند HJT و CIGS در گرما بهتر عمل می کنند. وقتی بیرون گرم است انرژی بیشتری حفظ می کنند.

• نصب پانل ها به روش صحیح به خنک ماندن آنها کمک می کند. بالا بردن پانل ها اجازه می دهد تا هوا در زیر آنها حرکت کند. استفاده از مواد خنک کننده نیز به عملکرد بهتر پانل ها کمک می کند.

• مواد موجود در پنل های خورشیدی اهمیت زیادی دارند. چیزهایی مانند کپسولان ها و پوشش ها به پانل ها کمک می کنند تا گرما را کنترل کنند. این مواد همچنین به دوام بیشتر پانل ها در مکان های گرم کمک می کنند.

• سیستم های خنک کننده و فناوری هوشمند می توانند به عملکرد بهتر پانل ها کمک کنند. آنها می توانند پانل های خورشیدی را تا 15 درصد کارآمدتر کنند. این باعث می شود انرژی خورشیدی در مکان های گرم مفیدتر و ارزان تر شود.

اثرات دما بر بازده پنل خورشیدی

اثر فتوولتائیک و باند گپ

پنل های خورشیدی با استفاده از اثر فتوولتائیک برق تولید می کنند. نور خورشید به سلول خورشیدی برخورد می کند و الکترون ها را حرکت می دهد. این حرکت باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود. شکاف باند انرژی مورد نیاز برای آزاد کردن الکترون ها است. ماژول های مختلف pv دارای باندگپ های متفاوتی هستند. فاصله باند میزان تبدیل نور خورشید به الکتریسیته را تغییر می دهد.

وقتی گرمتر می شود، فاصله باند کوچکتر می شود. این بدان معناست که الکترون ها برای حرکت به انرژی کمتری نیاز دارند. اما الکترون های بیشتری می توانند قبل از جمع آوری دوباره ترکیب شوند. اینکه یک ماژول چقدر خوب خنک می شود بر بهترین فاصله باند آن تأثیر می گذارد. اگر یک ماژول نتواند سریع خنک شود، کارایی آن بیشتر کاهش می یابد. برای سلول های خورشیدی CIGSe، کنترل فاصله باند به ولتاژ و کارایی کمک می کند. این نشان می دهد که چرا خنک نگه داشتن ماژول ها برای عملکرد pv مهم است.

توجه: گرما نحوه عملکرد الکترون ها در داخل ماژول را تغییر می دهد. این از سطح اتمی شروع می شود و بر کارایی تأثیر می گذارد.

تاثیر گرما بر ولتاژ و جریان

دما ولتاژ و جریان یک ماژول خورشیدی را تغییر می دهد. وقتی گرمتر می شود، ولتاژ مدار باز (VOC) پایین می آید. این به این دلیل اتفاق می افتد که حامل های بار بیشتری در داخل سلول قرار دارند. الکترون ها می توانند راحت تر به عقب برگردند. برای پانل های خورشیدی سیلیکونی، ولتاژ حدود 2.2 میلی ولت در هر درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

جریان اتصال کوتاه (ISC) با گرما کمی بالا می رود. دمای بالاتر حرکت الکترون ها را آسان تر می کند. بنابراین، جریان کمی بیشتر می شود. اما افت ولتاژ بسیار بیشتر از بهره جریان است. این بدان معناست که قدرت و کارایی ماژول با گرمتر شدن کاهش می یابد.

• دمای بالاتر باعث افت ولتاژ مدار باز می شود.

• جریان اتصال کوتاه کمی افزایش می یابد زیرا الکترون ها راحت تر حرکت می کنند.

• افت ولتاژ بزرگتر از بهره جریان است، بنابراین بازده کاهش می یابد.

• تغییرات مقاومت در داخل ماژول نیز خروجی را تغییر می دهد.

آزمایش ها نشان می دهد که این اتفاقات رخ می دهد. هنگامی که پانل گرم می شود، ولتاژ کاهش می یابد، جریان کمی افزایش می یابد و کل خروجی کاهش می یابد. به همین دلیل دما یک نگرانی بزرگ برای طراحان منظومه شمسی است.

نوترکیبی و مقاومت

گرما باعث می شود که الکترون ها و حفره ها بیشتر در داخل سلول ترکیب شوند. اگر قبل از رسیدن به کنتاکت ها دوباره ترکیب شوند، ماژول برق را از دست می دهد. دماهای گرمتر باعث می شود که این نوترکیب بیشتر اتفاق بیفتد. این جریان را کاهش می دهد و باعث می شود پانل کارایی کمتری داشته باشد.

• دمای ماژول تعداد الکترون‌هایی که دوباره ترکیب می‌شوند را تغییر می‌دهد.

• نقص بیشتر در مواد به معنای نقاط نوترکیب بیشتر است.

• گرما مقاومت داخل ماژول را افزایش می دهد و جریان را سخت تر می کند.

• نوترکیبی بیشتر و مقاومت بازده و خروجی کمتر.

مطالعات نشان می دهد که دمای بالاتر مقاومت سلول را افزایش می دهد. این باعث می شود که جریان برق از طریق ماژول سخت تر شود. بنابراین، عملکرد حتی بیشتر کاهش می یابد. هر دو نوترکیبی و مقاومت با هم به این معنی است که هوای گرم می تواند باعث تلفات انرژی بزرگ شود.

به طور خلاصه، دما با تغییر باندگپ، ولتاژ، جریان، نوترکیبی و مقاومت بر ماژول‌های pv تأثیر می‌گذارد. همه این موارد با هم کار می کنند تا با گرمتر شدن، کارایی را کاهش دهند.

کمی سازی تلفات کارایی

شرایط استاندارد تست در مقابل دنیای واقعی

پنل‌های خورشیدی رتبه‌بندی‌های خود را از شرایط تست استاندارد به نام STC دریافت می‌کنند. STC از تنظیمات آزمایشگاهی کامل استفاده می کند. دمای سلول روی 25 درجه سانتیگراد تنظیم شده است. نور خورشید در 1000 W/m⊃2 بسیار قوی است. اما زندگی واقعی شبیه آزمایشگاه نیست. در بیرون، پنل های خورشیدی داغ تر می شوند و نور خورشید ضعیف تر می شود. باد و توده هوا نیز نحوه عملکرد پانل ها را تغییر می دهند. شرایط استاندارد تست

پارامتر	(STC)	شرایط عملیاتی در دنیای واقعی (NOCT)
تابش	1000 W/m² (شدت ایده آل نور خورشید)	800 W/m² (نور خورشید کمتر و معمولی تر)
دما	دمای سلول در 25 درجه سانتی گراد (77 درجه فارنهایت)	دمای محیط در 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت)؛ دمای سلول ~45 درجه سانتیگراد
توده هوا	1.5 (طول مسیر اتمسفر استاندارد)	مشخص نیست، با مکان متفاوت است
سرعت باد	در نظر گرفته نشده است	1 متر بر ثانیه (بر سرما و دما تأثیر می گذارد)

جدول نشان می دهد که STC مانند یک دنیای کامل است. در زندگی واقعی، ماژول های خورشیدی اغلب به حدود 45 درجه سانتیگراد می رسند. آنها همچنین نور خورشید کمتری نسبت به آزمایشگاه دریافت می کنند. این تغییرات باعث کاهش کارایی پنل های خورشیدی می شود. در زندگی واقعی، پانل ها معمولاً تنها 70 تا 80 درصد امتیاز STC خود را می دهند. مهندسان از این اعداد برای حدس زدن مقدار قدرت یک سیستم در خارج از آزمایشگاه استفاده می کنند.

موارد دیگر نیز میزان قدرت دریافتی را کاهش می دهند. جدول بعدی تلفات رایج در سیستم های خورشیدی واقعی را فهرست می کند:

ضریب تلفات	محدوده تلفات معمولی / ضربه
اثرات دما	با افزایش دمای ماژول، راندمان کاهش می یابد (به عنوان مثال، 5-10٪ کاهش می یابد)
سیم کشی و هدایت	انرژی از دست رفته در کابل ها و اتصالات (1-3%)
راندمان اینورتر	تلفات تبدیل از DC به AC (بازده 95-98٪)
کثیفی و سایه زنی	کاهش خروجی به دلیل گرد و غبار، خاک، برف، سایه (2-5٪)
تخریب ماژول	کاهش بهره وری سالانه حدود 0.5٪ در سال

پنل های خورشیدی در آزمایشگاه بهتر از بیرون کار می کنند. نسبت عملکرد یا PR، خروجی واقعی را با خروجی کامل مقایسه می کند. اعداد روابط عمومی از 66% به 88% می رسد. این به معنای چیزهای زیادی است، مانند گرما، سیم‌ها و سن، که همگی راندمان پنل خورشیدی پایین‌تر است.

ضریب دما توضیح داده شده است

ضریب دما به ما می گوید که وقتی یک ماژول خورشیدی بیش از 25 درجه سانتیگراد گرم می شود، چقدر انرژی کاهش می یابد. این شماره را می توانید در دیتاشیت پیدا کنید. به عنوان درصد برای هر درجه سانتیگراد نشان داده شده است. مهندسان از ضریب دما استفاده می کنند تا بفهمند هنگام گرم شدن پانل چه مقدار توان از دست می رود.

ضریب دما بر موارد مهم تأثیر می گذارد:

• ولتاژ مدار باز (VOC)

• جریان اتصال کوتاه (ISC)

• حداکثر نقطه توان (Pmpp)

به عنوان مثال، اگر یک ماژول دارای ضریب دمایی -0.3٪ در درجه سانتیگراد باشد، برای هر درجه بالاتر از 25 درجه سانتیگراد 0.3٪ از توان خود را از دست می دهد. تکنسین ها این را با مشاهده چگونگی تغییر ولتاژ، جریان یا قدرت با داغ شدن پانل بررسی می کنند. ضریب دما به افراد کمک می کند تا سیستم ها را طراحی کنند و از مشکلات ناشی از ولتاژ بالا در هنگام سرما جلوگیری کنند.

بازده پنل خورشیدی به ضریب دما بستگی دارد. اعداد کمتر به معنی اتلاف انرژی کمتر در هوای گرم است. برخی از ماژول ها مانند HJT ضرایب دمایی بهتری دارند. اینها برای جاهایی که خیلی گرم هستند خوب هستند.

تلفات کارایی: محاسبات مثال

ماژول های خورشیدی با گرمتر شدن انرژی خود را از دست می دهند. مهندسان از ریاضیات برای حدس زدن مقدار از دست رفته استفاده می کنند. یک فرمول برای دمای سلول به این شکل است:

Tcell = Tamb + (1 / U) * (Alpha * Ginc * (1 - Effic))

• Tcell: دمای سلول

• Tamb: دمای محیط

• U: ضریب اتلاف حرارت (W/m²·K)

• آلفا: ضریب جذب (معمولا 0.9)

• جینک: نور خورشید ورودی (تابش)

• اثربخشی: کارایی پنل خورشیدی

اگر هوا 35 درجه سانتیگراد باشد، نور خورشید 800 W/m⊃2 باشد، و پانل 20٪ کارآمد باشد، سلول می تواند گرمتر از 55 درجه سانتیگراد شود. دمای بالاتر سلول به معنای از دست رفتن انرژی بیشتر است. اگر ضریب دما -0.3٪ / درجه سانتیگراد باشد، افزایش 30 درجه سانتیگراد بالای 25 درجه سانتیگراد به معنای افت 9٪ در قدرت است.

دانشمندان سال ها خورشیدی روی پشت بام را مطالعه کرده اند. آنها دریافتند که از دست دادن گرما بخش بزرگی از تلفات کل است. به این موارد تلفات جذب آرایه می گویند. با گذشت زمان، پانل ها نیز هر سال حدود 0.5٪ کارایی را از دست می دهند. گرد و غبار، سایه و تلفات سیم کشی اوضاع را بدتر می کند.

نکته: همیشه ضریب دما را بررسی کنید و از داده های واقعی برای پیش بینی تلفات استفاده کنید.

پنل های خورشیدی در هوای گرم برق خود را از دست می دهند. با اندازه‌گیری این تلفات، طراحان می‌توانند بهترین پانل‌ها و راه‌های نصب آنها را برای قدرت بیشتر انتخاب کنند.

عملکرد ماژول PV: مقایسه فناوری

سیلیکون کریستالی در مقابل لایه نازک

پنل های خورشیدی از مواد مختلفی برای تولید برق از نور خورشید استفاده می کنند. ماژول های سیلیکون کریستالی در شرایط عادی به خوبی کار می کنند. ماژول های سیلیکونی مونوکریستالی می توانند تا 26.7 درصد راندمان داشته باشند. ماژول های پلی کریستالی می توانند به بازده 24.4 درصد برسند. ماژول های لایه نازک مانند CIGS کارایی پایین تری دارند. اما در مکان های گرم بهتر عمل می کنند. ماژول های CIGS با گرم شدن کارایی کمتری را از دست می دهند. ضریب دمایی آنها فقط -0.36٪ / درجه سانتیگراد است. ماژول های سیلیکون کریستالی دارای ضرایب دمایی بالاتری هستند. این بدان معناست که وقتی هوا گرم است قدرت بیشتری را از دست می دهند. ماژول های لایه نازک نیز زمانی که نور کمتر یا مقداری سایه وجود دارد بهتر عمل می کنند. محدوده کارایی

نوع ماژول	(%)	ضریب دما (%/ºC)	خلاصه تلفات حساسیت و کارایی دما
تک کریستالی c-Si	15 - 20	-0.446	راندمان بالا است اما با گرمتر شدن، قدرت بیشتری را از دست می دهد
c-Si پلی کریستالی	13 - 16	-0.387	راندمان متوسط ​​و حساسیت متوسط ​​به گرما
فیلم نازک CIGS	10 - 14.5 (معمولی)	-0.36	راندمان کمتر اما کمتر تحت تأثیر گرما قرار می گیرد، در نور گرم و کم بهتر عمل می کند

ماژول های لایه نازک در نور گرم و در حال تغییر به خوبی کار می کنند. ماژول‌های سیلیکون کریستالی دارای راندمان بالاتری هستند اما وقتی گرم می‌شوند قدرت بیشتری از دست می‌دهند.

HJT، PERC، TOPCon، IBC: مقایسه

فناوری خورشیدی روز به روز بهتر می شود. ماژول های HJT در آزمایشگاه ها تا 26.56 درصد راندمان دارند. آنها عملکرد خوبی را حتی زمانی که هوا گرم است حفظ می کنند. ضریب دمایی آنها در حدود -0.25٪ / درجه سانتیگراد است. بنابراین، با گرم شدن هوا، قدرت کمتری از دست می دهند. ماژول های TOPCon کارایی بالایی دارند و خیلی گران نیستند. ضریب دمایی آنها نزدیک به -0.32٪ / درجه سانتیگراد است. ماژول‌های IBC از طراحی تماس پشتی (back-contact) استفاده می‌کنند. این به کاهش سایه کمک می کند و 22 تا 24 درصد راندمان می دهد. ضریب دمایی آنها در حدود -0.29٪ / درجه سانتیگراد است. ماژول های PERC زیاد استفاده می شوند اما کارایی بیشتری در گرما از دست می دهند. ضریب دمای

فناوری	(%/°C)	تلفات توان تخمینی (25 درجه سانتی گراد تا 65 درجه سانتی گراد)	ویژگی های کارایی و زمینه کاربرد
HJT	حدود -0.243٪	حدود 9.72٪	بهترین ثبات دما؛ راندمان بیش از 24 درصد؛ تخریب کم؛ برای مکان های گرم و آفتابی و استفاده در ساختمان خوب است.
TOPCon	حدود -0.32٪	حدود 12.8 درصد	ضریب دمای متوسط; حد بهره وری حدود 28.7%؛ قیمت خوب؛ در مکان های گرم به خوبی کار می کند.
IBC	حدود -0.29٪	حدود 11.6٪	راندمان بالا (22-24٪)؛ زیبا به نظر می رسد؛ سایه کمتر؛ برای ساختمان های شیک خوب است
PERC	حساسیت دمایی بالاتر	تلفات برق بیشتر از سایرین	زیاد استفاده می شود اما در گرما قدرت بیشتری را از دست می دهد. راندمان در دماهای بالا بیشتر کاهش می یابد.

شکاف های عملکرد در دنیای واقعی

ماژول های خورشیدی در خارج از آزمایشگاه متفاوت عمل می کنند. در مکان‌های گرم، ماژول‌های سیلیکون کریستالی 8 تا 9 درصد انرژی سالانه خود را به دلیل گرما از دست می‌دهند. ماژول های لایه نازک تنها حدود 5٪ از دست می دهند. ماژول های CIGS نسبت عملکرد بهتری را بین 10 تا 50 درجه سانتی گراد نگه می دارند. چیزهایی مانند گرد و غبار، رطوبت و باد نیز نحوه عملکرد ماژول های pv را تغییر می دهند. گرد و غبار و رطوبت می تواند باعث اتلاف برق تا 30 درصد شود. روش‌های خنک‌کننده، مانند سیستم‌های هیبریدی فتوولتائیک-حرارتی، به پانل‌ها کمک می‌کنند در مکان‌های گرم بهتر کار کنند. تلفات حرارتی

فناوری فتوولتائیک	در آب و هوای گرم	نسبت عملکرد / اثرات در اقلیم گرم
سیلیکون مونو کریستالی (مونو سی سی)	8 درصد از دست دادن انرژی سالانه	نسبت عملکرد پایین تر از CIGS. وقتی گرم است قدرت بیشتری از دست می دهد
سیلیکون چند کریستالی (multi-c-Si)	9 درصد از دست دادن انرژی سالانه	تلفات مشابه mono-c-Si. گرما عملکرد را کاهش می دهد
فناوری های لایه نازک	5 درصد از دست دادن انرژی سالانه	در مدیریت گرما بهتر است. قدرت کمتری را از دست می دهد
سیلیکون آمورف (a-Si)	N/A	در ماه های گرم به دلیل آنیل حرارتی بهتر عمل می کند
مس ایندیم گالیوم سلنید (CIGS)	N/A	نسبت عملکرد بالاتر از PV های سیلیکونی کریستالی بین 10-50 درجه سانتیگراد

عملکرد ماژول PV به نوع، آب و هوا و نحوه تنظیم آن بستگی دارد. انتخاب ماژول خورشیدی مناسب به دریافت انرژی بیشتر و صرفه جویی در هزینه کمک می کند، به خصوص در مکان های گرم.

تاثیر ساختاری و مادی

منبع تصویر: پیکسل ها

مواد کپسوله سازی

مواد کپسوله سلول های خورشیدی را از گرما و آب در امان نگه می دارند. آنها همچنین در برابر ضربه و فشار محافظت می کنند. نوع محصورکننده میزان تحمل گرما را یک ماژول تغییر می‌دهد. همچنین بر مدت زمان ماندگاری ماژول تأثیر می گذارد.

• EVA در زمان گرم شدن بیشتر از فلزات و سیلیکون رشد می کند. این باعث ایجاد استرس در داخل ماژول در هنگام گرمایش و سرمایش می شود.

• استرس می تواند باعث ایجاد ترک یا شکستگی قطعات داخل ماژول شود.

• انتخاب کپسولانت مناسب احتمال آسیب را کاهش می دهد. این به ماژول کمک می کند قوی بماند.

• میزان کشش و انقباض کپسولان ها بر نحوه چسبیدن لایه ها به هم تأثیر می گذارد. این میزان سختی ماژول را تغییر می دهد.

• افزودن چیزهایی مانند SiC، BN، یا ZnO به EVA کمک می‌کند تا گرما سریع‌تر خارج شود. به عنوان مثال، مخلوط کردن 30٪ SiC باعث شد راندمان حرارتی به 70.02٪ برسد. راندمان الکتریکی تا 16.94 درصد افزایش یافت زیرا سلول خنک تر ماند.

• جریان گرمای بهتر از این مواد افزودنی می‌تواند باعث افزایش بیش از ۷ درصدی برق شود.

نکته: استفاده از مواد کپسوله کننده خوب و افزودنی های خاص به ماژول های pv کمک می کند خنک بمانند و در مکان های گرم بهتر کار کنند.

مسیرهای رسانا

نحوه ساخت سیم‌ها و مسیرهای ماژول به کنترل گرما و برق کمک می‌کند. دانشمندان دریافتند که استفاده از لایه های گرافیتی و آلومینیومی در صفحه پشتی، ماژول های سیلیکونی کریستالی را خنک می کند. این خنک کننده باعث می شود ولتاژ و تبدیل برق بهتر شود. مسیرهای گرمایی خوب در قاب و صفحه پشتی، گرما را از سلول ها دور می کند. افزودن مواد تغییر فاز با فلزات، ماژول ها را حتی بیشتر خنک می کند. دما می تواند تا 21.9 K کاهش یابد. راندمان الکتریکی می تواند تا 9٪ افزایش یابد. طراحی هوشمند مسیرهای رسانا تلفات ناشی از گرما را کاهش می دهد و خروجی سیستم pv را افزایش می دهد.

پیری و زوال

گرمای زیاد باعث پیری و خرابی سریع ماژول ها می شود. با گذشت زمان، گرما، نور خورشید و آب باعث زنگ زدگی، ترک و مواد ضعیف‌تر می‌شوند. تخریب ناشی از نور (LID) و تخریب ناشی از پتانسیل (PID) مشکلات رایجی هستند. LID زمانی اتفاق می افتد که نور خورشید مواد شیمیایی موجود در سلول های سیلیکونی را تغییر می دهد. این باعث از دست دادن زود هنگام برق می شود. PID از اختلاف ولتاژ بالا ناشی می شود. باعث ایجاد جریان های نشتی و افت قدرت بزرگ می شود. لایه کپسوله می تواند زرد شود، ترک بخورد یا دیگر نچسبد. این اجازه می دهد نور کمتری عبور کند. صفحات پشتی می توانند در اثر گرما و آب تجزیه شوند. این باعث می شود رطوبت وارد شود و باعث نشتی شود. ترک های ریز و خطوط فلزی که از بین می روند راندمان کمتری نیز دارند. استفاده از مواد قوی و طرح های خوب، مانند ماژول های شیشه-شیشه و صفحات پشتی مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش، سرعت این مشکلات را کاهش می دهد. شرح

مکانیسم	و	​​اثر علت بر ماژول های PV و نرخ تخریب
تخریب ناشی از پتانسیل (PID)	ولتاژ بالا یون ها را حرکت می دهد و مسیرها را می سازد. یون های سدیم در شیشه به این امر کمک می کند.	تا 30٪ کاهش بهره وری؛ تلفات برق ~ 2.02٪ در سال.
تخریب ناشی از نور (LID)	نور خورشید اکسیداسیون سلول های سیلیکونی را تسریع می کند.	تا 10 درصد کاهش بهره وری، بیشتر در سال اول.
کپسولاسیون پیری	اشعه ماوراء بنفش و گرما باعث زردی، ترک و از دست دادن چسبندگی می شوند.	نور کمتری وارد می شود؛ راندمان با گذشت زمان کاهش می یابد.
تخریب صفحه پشتی	گرما و آب باعث خرابی و پوسته پوسته شدن می شود.	رطوبت بیشتر و زنگ زدگی؛ شکست اولیه
تخریب سلولی	ترک های ریز و خطوط فلزی در اثر گرما از بین می روند.	کاهش توان و راندمان کمتر
شکل گیری هات اسپات	مشکلات سلولی یا گرد و غبار برخی از نقاط را خیلی داغ می کند.	آسیب بیشتر و از دست دادن کارایی.
استرس مکانیکی	کشش و کوچک شدن باعث ایجاد ترک می شود.	مفاصل لحیم کاری و سلول ها شکسته می شوند.
انباشته شدن خاک/گرد و غبار	گرد و غبار نور را مسدود می کند و نقاط داغ ایجاد می کند.	از دست دادن توان 1.27% در هر گرم بر متر مربع؛ از گرد و غبار

توجه: گرمای زیاد با افزایش سرعت تغییرات شیمیایی و ایجاد تنش، همه این مشکلات را بدتر می کند. انتخاب مواد خوب و طرح های هوشمند به ماژول ها کمک می کند در مکان های سخت دوام بیشتری داشته باشند.

عوامل محیطی و نصب

دمای محیط و تابش

دمای محیط و نور خورشید هر دو بر نحوه عملکرد پنل های خورشیدی تأثیر می گذارند. هنگامی که دمای هوا بیشتر از 25 درجه سانتیگراد می شود، پانل ها برای هر درجه حدود 0.3٪ تا 0.5٪ کارایی را از دست می دهند. در مکان های بسیار گرم، پانل ها می توانند تا 60 درجه سانتیگراد گرم شوند. این می تواند باعث شود که آنها 10 تا 15 درصد از قدرت خود را در مقایسه با آنچه که برای آن رتبه بندی شده اند از دست بدهند. مکان‌های سرد با نور شدید خورشید می‌توانند به عملکرد بهتر پانل‌ها کمک کنند و کارایی آن را ۵ تا ۷ درصد افزایش دهند. نور خورشید بیشتر به معنای کل انرژی بیشتر است، حتی اگر مقداری از گرما از بین برود. پانل ها معمولاً 20 تا 40 درجه سانتیگراد گرمتر از هوا هستند، بنابراین آب و هوای محلی مهم است. باد به خنک شدن پانل ها کمک می کند. فقط یک باد کوچک، مانند 1 متر بر ثانیه، می تواند دمای پانل را 5 تا 11 درجه سانتیگراد کاهش دهد. جدول زیر نشان می‌دهد که چگونه این چیزها نحوه عملکرد پنل‌های خورشیدی را تغییر می‌دهند: تأثیر

عامل/شرایط	بر راندمان PV/خروجی	توضیح/مثال
افزایش دما (بیش از 25 درجه سانتیگراد)	کاهش راندمان 0.3٪ تا 0.5٪ در هر 1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد	دمای پانل می تواند به 60 درجه سانتیگراد برسد که باعث کاهش 10-15٪ توان خروجی در مقایسه با راندمان نامی می شود.
شرایط بسیار سرد (0 درجه سانتیگراد)	افزایش بهره وری 5-7٪ بالاتر از خروجی نامی	آب و هوای سرد با تابش زیاد کارایی را بهبود می بخشد
تابش خورشیدی بالا	با وجود تلفات دما، کل انرژی خروجی را افزایش می دهد	روزهای گرم آفتابی نسبت به روزهای سرد ابری انرژی بیشتری تولید می کنند
سرعت باد	اثر خنک کننده دمای پانل را 5-11 درجه سانتیگراد در 1 متر بر ثانیه کاهش می دهد	خنک کننده کارایی را بهبود می بخشد

در مناطق گرمسیری، رطوبت و گرمای زیاد می تواند باعث کاهش راندمان تا 28.7٪ شود. بررسی و تمیز کردن پانل ها اغلب به کارکرد خوب آنها کمک می کند.

جریان هوا، رنگ سقف، و نصب

جریان هوا برای خنک نگه داشتن پانل ها بسیار مهم است. هنگامی که هوا روی هر دو طرف پانل حرکت می کند، گرما را سریعتر از بین می برد. اگر پانل ها بالاتر از سقف قرار گیرند، هوا می تواند در زیر آن جریان یابد و آنها را بیشتر خنک کند. رنگ سقف نیز مهم است. سقف‌های تیره زیر پانل‌ها گاهی سردتر از زمانی هستند که هیچ پانل وجود نداشته باشد. سقف های سبک یا براق ممکن است هوای اطراف پانل ها را گرم تر کنند. سقف‌های خنک با پانل‌ها می‌توانند منطقه را در شب خنک‌تر کنند، اما ممکن است خود سقف گرم‌تر بماند زیرا پانل‌ها از خروج گرما جلوگیری می‌کنند. نحوه چیدمان پانل ها نیز مهم است. پانل های روی سقف معمولاً 5 تا 10 درجه سانتیگراد گرمتر از پانل های روی زمین هستند زیرا هوای کمتری در اطراف آنها حرکت می کند.

نکته: بالا بردن پانل ها و اجازه دادن به جریان هوا در زیر آنها به خنک ماندن و عملکرد بهتر آنها کمک می کند.

تغییرات فصلی و مکان

زمان سال و مکانی که شما زندگی می کنید، نحوه عملکرد پانل ها را تغییر می دهد. در مکان های گرم، پانل ها برای هر درجه بالاتر از 25 درجه سانتی گراد حدود 0.4 درصد کارایی را از دست می دهند. جایی که روی زمین هستید، زاویه خورشید و مدت تابش خورشید را تغییر می دهد، بنابراین مکان های دورتر از استوا در طول سال تغییرات بزرگ تری دارند. مناطق گرمسیری مشکلات اضافی ناشی از ابر و رطوبت دارند، که مانع از نور خورشید می شود و می تواند باعث تجمع آب روی پانل ها شود. گرد و غبار در بیابان ها همچنین می تواند کارایی را کاهش دهد اگر پانل ها اغلب تمیز نشوند. مکان‌های خنک‌تر اغلب بازده بهتری دارند، حتی اگر نور خورشید کمتری داشته باشند. هر مکانی برای طراحی و نظافت نیاز به برنامه خاص خود دارد تا بیشترین انرژی را در طول سال دریافت کند.

• مکان های گرم نیاز به خنک کننده و تمیز کردن خوب دارند.

• مکان های خنک تر کارایی کمتری را در اثر گرما از دست می دهند.

• مناطق گرمسیری باید با رطوبت و ابر مقابله کنند.

• مکان های بیابانی باید گرد و غبار را کنترل کنند.

اینکه پنل‌های خورشیدی چقدر خوب کار می‌کنند به چیزهای زیادی بستگی دارد که دمای آنها را تغییر می‌دهند، بنابراین انتخاب تنظیمات مناسب برای هر مکان بسیار مهم است.

تاثیر مالی و کارایی

بازده سالانه و LCOE

بازده سالانه به این معناست که یک منظومه شمسی در یک سال چقدر برق تولید می کند. هوای گرم باعث می شود که پانل ها کارایی کمتری داشته باشند، بنابراین انرژی کمتری تولید می کنند. اگر راندمان در مکان های گرم 10 تا 15 درصد کاهش یابد، کل انرژی نیز کاهش می یابد. این کاهش هزینه یکسان شده برق (LCOE) را تغییر می دهد. LCOE میانگین قیمت تولید یک واحد برق در طول عمر سیستم است. وقتی پانل ها کارایی کمتری دارند، هر کیلووات ساعت هزینه بیشتری دارد. در مناطق گرم، سیستم های خورشیدی اغلب LCOE بالاتری دارند. این به این دلیل است که پانل ها بدتر کار می کنند و نیاز به تمیز کردن یا خنک کردن بیشتری دارند.

اقتصاد طراحی سیستم

نحوه طراحی سیستم بر میزان پولی که شما پس انداز می کنید تأثیر می گذارد. مهندسان از مواد خاص و ترفندهای خنک کننده برای خنک نگه داشتن پانل ها استفاده می کنند. به عنوان مثال، مواد تغییر فاز (PCM) می توانند پانل ها را تا 34 درجه سانتی گراد خنک کنند. پانل های کولر بهتر کار می کنند، بنابراین پول خود را سریعتر برمی گردانید. استفاده از آب با PCM ها می تواند پانل ها را تا 13.7 درصد کارآمدتر کند. گرد و غبار می تواند کارایی را تا حدود 12 درصد کاهش دهد. تمیز کردن گرد و غبار انرژی را بالا نگه می دارد و ارزش سیستم را بیشتر می کند. جدول زیر نشان می دهد که چگونه انتخاب های طراحی عملکرد و هزینه را تغییر می دهند: تأثیر

جنبه طراحی سیستم	بر عملکرد	تأثیر اقتصادی
ادغام PCM ها	پنل ها را خنک تر می کند، کارایی را افزایش می دهد	بازپرداخت سریع تر، سرمایه گذاری بهتر
استراتژی های خنک کننده (آب + PCM)	راندمان بالاتر، کنترل حرارت بهتر	انرژی بیشتر، سود بیشتر
کاهش گرد و غبار	پانل ها را به خوبی کار می کند	خروجی را بالا نگه می دارد، ارزش اضافه می کند
انتخاب نوع PCM	بهترین خنک کننده برای سیستم	هزینه و طراحی را تغییر می دهد

برخی از سیستم های خورشیدی می توانند بازدهی 37 درصدی داشته باشند اما هزینه بیشتری دارند و به نور خورشید قوی نیاز دارند. سیستم های شیب ثابت ارزان تر هستند و در بسیاری از مکان ها کار می کنند. مهندسان بهترین سیستم را برای نور خورشید و بودجه در هر منطقه انتخاب می کنند.

هزینه های بلند مدت تخریب

پنل های خورشیدی به مرور زمان به دلیل گرما، گرد و غبار و قدیمی شدن کارایی خود را از دست می دهند. اکثر پانل ها هر سال حدود 0.5٪ کارایی را از دست می دهند. در مکان‌های گرم، این می‌تواند سریع‌تر اتفاق بیفتد و بعداً هزینه بیشتری داشته باشد. هنگامی که پانل ها تخریب می شوند، انرژی کمتری تولید می کنند و در هزینه کمتری صرفه جویی می کنند. مالکان باید زمانی که به بازپرداخت و پس انداز فکر می کنند برای این ضررها برنامه ریزی کنند. استفاده از مواد قوی و طرح های هوشمند به کاهش سرعت آسیب و محافظت از پول شما کمک می کند.

طراحی خوب و مراقبت منظم به پانل‌های خورشیدی کمک می‌کند تا عمر طولانی‌تری داشته باشند و حتی در آب و هوای سخت در هزینه‌ها صرفه‌جویی کنند.

کاهش تلفات ناشی از گرما

تکنیک های نصب

مهندسان از روش های مختلفی برای خنک نگه داشتن پنل های خورشیدی استفاده می کنند. آنها خنک کننده غیرفعال را انتخاب می کنند، مانند اجازه دادن به هوا در اطراف پانل ها. سینک های حرارتی بدون استفاده از انرژی بیشتر به از بین بردن گرمای اضافی کمک می کنند. بالا بردن پانل ها و گذاشتن فضای زیر آنها باعث می شود هوا جریان داشته باشد و آنها را خنک کند. تغییر نحوه مواجهه صفحات با خورشید و کج کردن آنها به جلوگیری از ایجاد گرما کمک می کند. همچنین به پانل ها کمک می کند تا نور خورشید بیشتری دریافت کنند. برخی از تنظیمات از مواد تغییر فاز دهنده مانند ژله پارافین برای جذب گرما و خروج آن بعدا استفاده می کنند. این روش ها به کنترل دما و حفظ عملکرد خوب پانل ها کمک می کند.

انتخاب مواد و رنگ

انتخاب مواد مناسب به خنک‌تر ماندن پانل‌ها کمک می‌کند. پوشش های براق و سقف های رنگ روشن گرما را جذب نمی کنند. پانل‌هایی با بازتاب زیر باند بالا، نور خورشید را که نمی‌توان از آن استفاده کرد، منعکس می‌کنند. این باعث خنک تر نگه داشتن آنها می شود. مواد با انتشار بالا گرما را سریعتر از بین می برند. این ترفندها به پانل ها کمک می کند تا دوام بیشتری داشته باشند و بهتر کار کنند.

راه حل های خنک کننده و سیستم های ترکیبی

خنک کننده برای پنل های خورشیدی بسیار مهم است. خنک کننده غیرفعال، مانند مواد تغییر فاز، می تواند باعث شود پانل ها حدود 9٪ قدرت بیشتری داشته باشند. خنک کننده فعال از آب یا هوا برای خنک کردن پانل ها استفاده می کند اما هزینه بیشتری دارد و راه اندازی آن سخت تر است. سیستم های هیبریدی خنک کننده های ترموالکتریک و مواد تغییر فاز را برای نتایج بهتر ترکیب می کنند. برخی از خنک کننده های هیبریدی می توانند دمای پانل را تا بیش از 40 درجه سانتی گراد کاهش دهند. آنها همچنین می توانند پانل ها را تا 15٪ بهتر کار کنند. این ایده ها به پنل ها کمک می کند در مکان های گرم خنک بمانند.

پوشش های هوشمند و مانیتورینگ

روکش های هوشمند به پنل ها کمک می کنند نور بیشتری جذب کنند و گرد و غبار را از بین ببرند. برخی از پوشش ها خود را تمیز می کنند و بازتاب را متوقف می کنند. مواد تغییر فاز دو لایه با جذب و خارج کردن گرما به ثابت نگه داشتن دمای پانل کمک می کنند. نظارت بلادرنگ از هوش مصنوعی برای مشاهده و تغییر نحوه کار پانل ها استفاده می کند. این ابزارها به پانل‌ها کمک می‌کنند حتی زمانی که آب و هوا تغییر می‌کند، قدرت تولید کنند.

نوع راه حل	سود	مثال تاثیر
پوشش های نانو هیبریدی	انعکاس را کاهش دهید و گرد و غبار را متوقف کنید	فوتون های بیشتری استفاده شده است
مانیتورینگ هوش مصنوعی	با تغییر آب و هوا تنظیمات را تغییر می دهد	انرژی بیشتری می گیرد
لایه های PCM	برای خنک نگه داشتن پانل ها گرما را داخل و خارج کنید	آسیب کمتر از گرما

انتخاب فناوری برای آب و هوای گرم

برخی از انواع پنل های خورشیدی زمانی که هوا گرم است بهتر عمل می کنند. ماژول های HJT انرژی کمتری را از دست می دهند و در مناطق گرمسیری و خشک قدرت بیشتری تولید می کنند. سلول های CIGS حتی زمانی که هوا بسیار گرم است به خوبی کار می کنند. ماژول های CdTe می توانند تا 6 درصد بیشتر از ماژول های سیلیکونی در هوای گرم انرژی تولید کنند. انتخاب بهترین فناوری به پانل ها کمک می کند تا در مکان های گرم بهتر کار کنند و ماندگاری بیشتری داشته باشند.

نوآوری های آینده

مواد جدید و نانوتکنولوژی

دانشمندان در حال یافتن راه‌های جدیدی برای کمک به پانل‌های خورشیدی با گرما هستند. آنها از مواد خاصی برای استحکام بیشتر پانل ها در هوای گرم استفاده می کنند. برخی از دانشمندان MOF های کوچکی را در سلول های خورشیدی پروسکایت قرار می دهند. این MOF ها به سلول ها شکل های انعطاف پذیرتر و سطوح بزرگ تری می دهند. این به جلوگیری از آسیب ناشی از نور خورشید و گرما کمک می کند. در سلول های خورشیدی CIGS، یک لایه بسیار نازک Al2O3 از سلول ها محافظت می کند. این لایه تنها 10 نانومتر ضخامت دارد. آب را بیرون نگه می دارد و مشکلات الکتریکی را متوقف می کند. به همین دلیل، سلول ها پس از قرار گرفتن طولانی مدت در مکان های گرم و مرطوب، حدود 80 درصد از قدرت خود را حفظ می کنند. نانوسیال ها و نانومواد مبتنی بر پارافین به خنک شدن پانل ها کمک می کنند. آنها گرما را از پانل ها دور می کنند. نانوسیال‌های کربن سیاه و مواد تغییر فاز با نانوذرات دما را ثابت نگه می‌دارند. این مواد جدید و فناوری‌های نانو به پنل‌های خورشیدی کمک می‌کنند تا دوام بیشتری داشته باشند و در زمان گرما بهتر کار کنند.

پوشش های هوشمند و هوش مصنوعی

پوشش های هوشمند و هوش مصنوعی به پنل های خورشیدی کمک می کنند تا گرما را کنترل کنند. جدول زیر نشان می دهد که چگونه این ابزارها کمک می کنند:

مکانیسم	شرح	اثر بر راندمان PV در دمای بالا
پوشش های نانو هیبریدی	بازتاب کمتر، استفاده از نور UV/IR بیشتر و جلوگیری از گرد و غبار	استفاده از نور بیشتر، از دست رفتن انرژی کمتر از خاک
مواد تغییر فاز (PCM)	گرما را داخل و خارج کنید تا دمای پانل ثابت بماند	آسیب کمتر ناشی از گرما، عمر پانل بیشتر
سیستم های تطبیقی ​​مبتنی بر هوش مصنوعی	از یادگیری ماشین برای تغییر تنظیمات و پیروی از خورشید استفاده کنید	حتی زمانی که گرم می شود، قدرت بیشتری ایجاد می شود

روکش‌های هوشمند به پانل‌ها کمک می‌کنند نور بیشتری جذب کنند و تمیز بمانند. PCM ها گرمای اضافی را در طول روز ذخیره می کنند و پس از خنک شدن آن را خارج می کنند. این به جلوگیری از داغ شدن بیش از حد پانل ها کمک می کند. سیستم‌های هوش مصنوعی هوا را تماشا می‌کنند و نحوه عملکرد پانل‌ها را تغییر می‌دهند. این به پانل‌ها کمک می‌کند حتی زمانی که هوا بسیار گرم است، انرژی بیشتری تولید کنند.

سیستم های ترکیبی و پیشرفته

سیستم های هیبریدی و پیشرفته از راه های زیادی برای مبارزه با گرما و عملکرد بهتر استفاده می کنند. سیستم های خورشیدی هیبریدی پنل های فتوولتائیک را با پمپ های حرارتی منبع زمینی ترکیب می کنند. همچنین برای هر اقلیم از قطعات خاصی استفاده می کنند. مهندسان اندازه مناسب را برای کلکتورها، مبدل های حرارتی و مخازن ذخیره سازی انتخاب می کنند. این به تعادل نیاز گرمایش و برق کمک می کند. مواد تغییر فاز در این سیستم ها گرما را ذخیره می کنند و به خنک شدن پانل ها کمک می کنند. این از داغ شدن بیش از حد پانل ها جلوگیری می کند. سیستم های کنترل انرژی را مدیریت می کنند و نیاز به برق شبکه را کاهش می دهند. این در مکان های گرم مفید است. سیستم های هیبریدی فتوولتائیک حرارتی (PVT) هم برق و هم گرما تولید می کنند. این سیستم ها از خنک کننده استفاده می کنند تا پانل ها را به خوبی کار کنند، حتی در ظهر که گرم ترین هوا است. عایق‌های پیشرفته، مانند آئروژل‌ها، و کنترل‌های هوشمند با استفاده از یادگیری ماشینی، به این سیستم‌ها کمک می‌کنند دوام بیشتری داشته باشند و بهتر کار کنند. طراحی های هیبریدی انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد و انرژی خورشیدی را در مکان های گرم قابل اطمینان تر می کند.

پنل های خورشیدی وقتی گرم می شود به خوبی کار نمی کنند. هر نوع پانل به روش خاص خود به گرما واکنش نشان می دهد. ضریب دما به ما می گوید که در گرما چه مقدار توان از دست می رود. مردم می توانند با انتخاب روش های خوب برای نصب و استفاده از مواد مناسب، پانل ها را بهتر کار کنند.

برای به دست آوردن بهترین نتایج، هوشمندانه است که قبل از راه اندازی یک منظومه شمسی از یک متخصص کمک بخواهید. این کمک می کند مطمئن شوید که پانل ها بدون توجه به جایی که زندگی می کنید به خوبی کار می کنند.

سوالات متداول

ضریب دما در پنل های خورشیدی چقدر است؟

ضریب دما به ما می گوید که وقتی یک پنل خورشیدی بیش از 25 درجه سانتیگراد گرم می شود چقدر انرژی از دست می دهد. اگر ضریب کمتر باشد، پنل در هوای گرم قدرت زیادی را از دست نمی دهد.

دمای بالا چه تاثیری بر طول عمر پنل خورشیدی دارد؟

دمای بالا باعث پیری سریعتر پنل های خورشیدی می شود. آنها می توانند باعث ایجاد ترک و لکه های زرد شوند. مواد سریعتر تجزیه می شوند. این باعث می شود پانل ها کارایی کمتری داشته باشند و طول عمر آنها را کاهش می دهد.

کدام نوع پنل خورشیدی در آب و هوای گرم بهتر کار می کند؟

ماژول های HJT و CIGS در مکان های گرم بهترین کار را دارند. ضرایب دمایی پایین تری دارند. این بدان معناست که وقتی هوا گرم است، قدرت کمتری از دست می دهند. این پنل ها کارایی خود را در مناطق گرم حفظ می کنند.

آیا سیستم های خنک کننده می توانند کارایی پنل خورشیدی را بهبود بخشند؟

بله. سیستم های خنک کننده مانند مواد تغییر فاز یا خنک کننده آب به خنک تر نگه داشتن پانل ها کمک می کند. این سیستم ها می توانند پانل ها را در هوای بسیار گرم تا 15 درصد کارآمدتر کنند.

آیا گرد و غبار تلفات حرارتی را برای پانل های خورشیدی بدتر می کند؟

گرد و غبار جلوی نور خورشید را می گیرد و برخی نقاط را داغتر می کند. این باعث افزایش دمای پنل و اتلاف بیشتر برق می شود. تمیز کردن پانل ها اغلب به خنک تر ماندن و عملکرد بهتر آنها کمک می کند.