خورشیدی

در مطلب قبل(اینجا) به نحوه تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی، توسط پدیده فتوولتاییک پرداختیم.

اکنون در این مقاله سعی داریم تا عوامل فیزیکی موثر بر روی راندمان یک سلول خورشیدی را مورد بررسی قرار دهیم.

اثر دما

اثر دما بر روی عملکرد سلول های خورشیدی در تصویر زیر مشخص شده است. ولتاژ و جریان سلول، که نشان دهنده توان خروجی است با دمای محیط نسبت عکس دارد. به عبارت دیگر با افزایش دمای محیط، ولتاژ خروجی کاهش می یابد.در نتیجه افزایش دما در نهایت موجب کاهش ولتاژ مدار باز می­شود.

خورشیدی

در اکثر سلولهای سیلیکونی توان خروجی حدود ۰٫۵ درصد به ازای هر درجه افزایش دما کاهش میابد. و در سلولهای کریستال با راندمان بالا حدود ۰٫۳۵ درصد و در سلولهای امورفوس این مقدار بین ۰٫۲ تا ۰٫۳ است. در طراحی سیستم های سولار در مناطق گرمسیری باید به تغییرات گرمایی نگاه ویژه­ای داشت.

قرار گرفتن طولانی مدت در معرض حرارت محیط ممکن است سبب تدریجی توان خروجی و تضعیف دائمی و زودهنگام پنل شود. بطور کلی منظور از دمای سلول دمای درونی اتصالات PN  است. دمای سلول از سرعت بالا  و تشعشات خورشیدی، رطوبت  و مشخصات صفحه خورشیدی تاثیر می­پذیرد. در طراحی سامانه خورشیدی “ضریب دمای سلول” در محاسبه جبرانسازی دما در تشعشعات خورشیدی و همچنین دماهای محیطی استفاده می­شود.

(TCELL=TAMB+(TRISE*E

 

  • TCELL =دمای سلول بر حسب درجه سانتیگراد
  • TAMB =دمای محیط
  • TRISE= ضریب افرایش دما
  • E= تشعشات خورشیدی بر حسب کیلووات

مثلا در دمای ۳۲ درجه و ضریب دمای ۲۶ درجه و همچنین تشعشع ۱۰۵۰کیلووات بر متر مربع داریم:

(TCEL= 32+(26*1.05

استاندارد راندمان تولید انرژی

راندمان تبدیل انرژی در سلول های خورشیدی به چند عامل از جمله شرایط جوی، دمای محیط و اندازه طیف تشعشعات بستگی دارد.

اما در شرایط تست مرسوم به STC در تابش ۱kw/m2 و توزیع مشابه طیف عبوری خورشید از اتمسفر (حدودا ۱٫۵ AM) و دمای ۲۵ درجه سانتیگراد انجام می شود.در این هنگام توسط بار متغییر متصل به پنل حداکثر توان بدست می آید.

راندمان در سلولهای مختلف متفاوت است برای مثال راندمان در سلول های سیلیکونی چند پیوندی و در شرایط تست در ازمایشگاه تا ۴۲٫۸ درصد می­رسد در صورتی که در سلول های غیر سیلیکونی ۶ تا ۸ درصد و در سلولهای چند کریستالی حدود ۱۴ الی ۱۹ درصد است.

برای رسیدن به راندمان بالاتر احتیاج بکارگرفتن مواد گرانبهایی از قبیل گالیوم، ارسنید، انیدوم سلنید و هزینه ساخت سلول های چند پیوندی است.

اثرات اقلیمی بر روی پنل خورشیدی

انرژی تشعشع یافته از سطح خورشید به شکل نور و گرما  در فضا منتشر می شود. علاوه بر آن واکنش گداخت هسته ای نیز فوتون های با انرژی بالا آزاد می کند. تابش خورشید با طلوع و غروب خورشید افزایش و کاهش می­یابد اما تغییرات آن وقتی فاصله زمین از خورشید تغییر می­کند بیشتر است.

مقدار کاهش تشعشع با  افزایش فاصله خورشید تا زمین رابطه معکوس دارد.تابش خورشیدی بر حسب وات بر ساعت در نظر گرفته می­شود بنابراین تابش خورشیدی ظرفیت تولید انرژی خورشیدی یا عملکرد توان خروجی یک سامانه فتوولتایک را تعیین می­کند.

تابش خورشیدی بصورت H=E×t عنوان می­شود که در آن E تابش خورشیدی (توان بر متر مربع w/m2) و t  زمان بر حسب ساعت و H تشعشع خورشیدی (وات ساعت بر متر مربع wh/m2) است. برای مثال اگر میزان تابش خورشیدی ۹۰۰ w/m2 باشد در مدت زمان ۸ ساعت ۷۲۰۰ کیلووات ساعت انرژی تشعشع خورشیدی است.

مقدار توان خورشیدی در فضا حدود ۱۳۶۶ w/m2 است و این در صورتی است که این پرتوها با گذشت از اتمسفر و فیلتر شدن بسیاری از طیف ها در سطح زمین در حدود ۱۰۰۰w/m2 است.

تشعشات خورشیدی هنگام برخورد با بخارات آب و دی اکسید کربن و ذرات غبار و گازها متفرق می­شوند. از عوامل کاهنده دیگر به ابرها و آلودگی جو میشود اشاره کرد.

تشعشعاتی که به زمین برخورد می­کنند به دو گروه تقسیم می­شوند:

  1. تشعشعات مستقیم
  2. و پراکنده

که به مجموع اینها تشعشعات جهانی گفته می­شود.

تشعشات پراکنده عبارتست از تشعشات انعکاسی یا بازتابشی پرتوهایی مستقیمی که توسط جو بازتابیده می شوند.

تشعشع مستقیم پرتوهای تابیده خورشید هستند که بدون برخورد با مانع به سطح تابیده می­شوند بدون آنکه پراکنده شوند. پرتوهای مستقیم بصورت موازی بوده و هنگام برخورد با اشیا سایه تولید می­کنند.

میزان تشعشعات جهانی در طی روز بین ۱۰ تا ۱۰۰  درصد تغییر می­کنند. ماژولهای pv تخت پرتوهای جهانی را جذب می کنند ولی در ماژولهای متمرکز کننده تنها تشعشعات مستقیم هدف جذب می­شوند.

ساعات پیک تابش

هنگامیکه خورشید در نقطه اوج خود قرار دارد توده جو دارای کمترین ضخامت است . زاویه ازیموس به زاویه بین خورشید و خط عمود بر سطح اطلاق می­گردد. با افزایش زاویه ازیموس پرتوهای عبور کرده با میزان بیشتری از توده ها برخورد کرده و باعث کاهش شدت پرتوها می­گردد.

در هر نقطه از سطح زمین توده هوا از فرمول زیر محاسبه می­شود. که درواقع AM مقدار توده هوا بر حسب زاویه ازیموس بدست می­اید. اگر خورشید در بالاترین سطح دریا قرار بگیرد مقدار آن AM1 و در خارج جو AM0 است. مقدار فشار توده در سطح دریا ۱۰۱۳ میلی بار می­باشد در نتیجه توده هوا در هر مکانی بصورت زیر محاسبه می­شود.

(AMlocal =AM× (Plocal/1023

  • AMlocal توده هوای محل
  • Ploca فشار جو در سطح دریا
  • AM توده هوا در سطح دریا

ساعات پیک خورشید تعداد ساعات مورد نیاز در طی روز برای یک سامانه برق خورشیدی است تا انرژی را در شرایط پیک بودن خورشید محاسبه کند. برای مثال در یک مکان خاص که تشعشع خورشید در مدت ۷ ساعت برابر ۹۰۰w/m2 است، انرژی ذخیره شده در این مدت برابر است با :

انرژی ذخیره شده= ۹۰۰w/m2×۷hrs=6200wh/m2

ساعات پیک خورشید= ۶۲۰۰/۱۰۰۰=۶٫۲ hrs

خورشیدی

تعیین زاویه ازیموس برای بدست آوردن حداکثر توان

همواره برای جهت یابی باید به زاویه ازیموس و موقعیت جغرافیایی پنل خورشیدی و شرایط جوی که بطرز چشمگیری برروی دریافت پرتوهای دریافت شده تاثیر گذار است توجه داشت.

یاقتن زاویه ازیموس مناسب به معنی بدست آوردن ماکزیمم انرژی خورشیدی به ازای عرض جغرافیایی محل است. با توجه به اینکه در تابستان پیک مصرف برق بالاست بهتر است زاویه ازیموس را کاهش دهیم. مسیر حرکت خورشید و زاویه ازیموس در نیمکره شمالی از ماه اردیبهشت تا مهر بیشتر است پس در نتیجه با کاهش زاویه ازیموس بهترین زاویه تابش را در کل سال بدست خواهد آمد که در نتیجه در حالی که تعرفه برق در بالاترین  میزان است بیشترین توان خروجی را خواهیم داشت.

زاویه ازیموس مناسب برای نواحی با عرض جغرافیای کم باید افقی باشد ، این در صورتیست که در ناحیه قطب شمال زاویه ازیمووس باید ۹۰ درجه باشد.

در مسیر حرکت فصلی خورشید در نیمکره شمالی زاویه ازیموس بهینه شبکه خورشیدی رو به جنوب است و پنل ها باید مشرف به شرق یا غرب نصب شود.

حرکت چرخشی زمین به دور خود با تغییر تدریجی از محور ۲۳٫۵+ درجه در ماه تیر به زاویه ۲۳٫۵- درجه در ماه اذر تبدیل می­شود . محور زمین در این دو تغییر فصل که به انقلاب زمستانی و تابستانی مرسوم است به صفر درجه می­رسد.

همچنین زاویه ای که زمین نسبت به خورشید در ظهر یا وسط روز پیدا می­کند را زاویه ساعت (H) می نامند.

در ظهر که خورشید عمود بر اشیا می­تابد زاویه ساعت برابر با صفر است. می­توان از طریق هندسی و با دانستن زاویه کاهش خورشیدی و زاویه ساعت،  نقطه راس زاویه ازیموس را پیدا کرد.

“نقطه ای که خورشید از دید ناظر بر روی زمین دیده می­شود زاویه ازیموس و یا زاویه خورشیدی است.”

مقدارمتوسط انرژی که خورشید به صورت عمود بر ۱m2 از سطح زمین می­تاباند معادل ۱۰۰۰w/m2 است.شدت نور از طریق قانون کسینوس لامبرت معلوم می­شود I = S cosz که مقدار نور برخورد کرده به سطح پنل را مشخص می­کند. در تابستان که خورشید مستقیم می­تابد z=0 است در نتیجه I=S می­شود.

I=S cosz

(Z=cos-1 (sinL sinI + cosL cosI cosH

H=(زاویه ساعت) = (۱۵º×(T-12

L= عرض جغرافیایی

T= زمان

 

 

 

شرکت مهندسی تکسا، طراح و تولید کننده انواع استراکچرهای خورشیدی و سازه های فلزی

برای مشاهده قیمت و نحوه ی فروش استراکچرهای خورشیدی تکسا با ما تماس بگیرید.

 

آخرین نوشته ها

درباره محمد ایوبی

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *