اثر رطوبت و دمای محیط بر عملکرد پنل های خورشیدی

سلول های خورشیدی فتوولتائیک به منظور تولید انرژی، در محیط های باز و در معرض انرژی تابشی خورشید قرار می گیرند. طیف خورشیدی تابیده شده به سطح پنل بسته به عوامل محیطی مختلف بـا ،رطوبت دی اکسید کربن گرد و غبار و … متفاوت است. در طراحی سیستم های فتوولتائیک بازده پنل های خورشیدی در شرایط مختلف یک پارامتر مهم و تأثیرگذار است. از طرفی به دلیل هزینه بر بودن آن باید شرایطی را ایجاد کرد که بتوان حداکثر بازده را از آن به دست آورد. شرایط آب و هوایی به ویژه دما، رطوبت آلاینده ها، بارندگی، گرد و غبار، سرعت و جهت باد اثر منفی بر کارایی سیستم های نصب شده خورشیدی دارد.

مشخصات فنی پنل های خورشیدی که در اختیار مصرف کننده قرار می گیرد برای شرایط آزمون استاندارد (STC) دمای 25°C ، تابش خورشید mz/1000 و جرم توده هوا  1.5 می باشد. بنابراین برآورد دقیق عملکرد پنل های خورشیدی برای به کارگیری در شرایط مختلف محیطی ضروری و مهم است. حدود 30 درصد انرژی تابشی خورشید توسط ابرها جذب یا منعکس میشود میزان آن برای مناطق مرطوب حدود 70 درصد گزارش شده است.

تاثیر رطوبت و دمای محیط بر عملکرد پنل های فتوولتائیک

دمای ماژول فتوولتائیک یکی از مهم ترین عوامل در کاهش راندمان آن است. تحقیقات زیادی در خصوص دمای پنل و اثر آن بـر عملکرد پنل انجام شده است. نتایج تحقیقات نشان داده اسـت کـه به ازای هر یک درجه افزایش دمای ماژول حدود 0/4 تا 0/65٪ راندمان پنل خورشیدی کاهش می یابد. در تحقیقی چاندر و همکاران با استفاده شبیه ساز دارای لامپ های هالوژنی اثر دما در محدودة 25-60°C بر روی یک سلول سیلیکونی مونوکریستال به ابعاد mm (44) بررسی کردند. نتایج نشان داد که دمای سلول اثر معنی داری بر پارامترهای فتوولتائیک دارد .

روح الامینی و همکاران اثر عوامل مختلف محیطی را بر دمای پنل مورد مطالعه قرار دادند. نتایج آزمایش های محیطی آنان نشان داد که نشست گرد و غبار روی سطح پنل علاوه بر کاهش شدت تابش خورشیدی برخوردی با پنل موجب افزایش دمای سطح پنل و کاهش توان خروجی آن می شود.

همچنین بین دمای پنل و دمای محیط یک رابطه خطی وجود دارد. با توجه به اثر شرایط محیطی بر عملکرد و بازه پنلهای خورشیدی چندین تحقیق در مناطق و کشورهای مختلف به صورت محیطی انجام شده است.

تحقیقات هم چنین نشان می دهد که که افزایش دما و رطوبت هوا موجب کاهش عملکرد پنل خورشیدی می شود. رطوبت نسبی های کمتر و در محدودهٔ رطوبت 40-30 درصد موجب افزایش نسبی عملکرد پنل شده و با افزایش رطوبت به سطوح بالاتر عملکرد پنل کاهش می یافت.

نکات پایانی

• دما و رطوبت محیط بر همه پارامترهای عملکردی پنل خورشیدی تأثیر دارد. اثر دمای محیط نسبت به رطوبت نسبی بیشتر است.
• با افزایش دمای هوا ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه پنل برای تمام سطوح رطوبت نسبی کاهش می یابد.
• نتایج نشان داد شرایط مختلف محیطی اثر بیشتری بر شدت جریان نسبت به پتانسیل پنل فتوولتائیک داشت.
• به طور کلی با افزایش رطوبت نسبی از 30 تا 45 درصد مقادیر متوسط ولتاژ شدت جریان و توان، بیشینه افزایش کمی یافته و برای رطوبت های بالاتر از آن کاهش می یابد. با افزایش دما و رطوبت مقدار بخار آب موجود در محفظه آزمون افزایش می یابد. این موضوع در انعکاس شکست و پراکنده شدن تابش خورشیدی و در نتیجه کاهش شدت نور دریافت شده توسط پنل می شود.
• در هر دو نوع پنل خورشیدی پلی کریستال و مونو کریستال در همه سطوح رطوبت نسبی با افزایش دما درصد کاهش توان خروجی پنل کاهش می یابد.
• برای پنل مونوکریستال در رطوبت نسبی 30 میزان کاهش تـوان خروجی در محدوده دمایی 25 تا 40°C از 6/05 تا 17/08 درصد کاهش دارد که با افزایش رطوبت نسبی به 45٪ از 3/02 تا 16/4 درصد و در نهایت در رطوبت 75 از 8/63 تا 26/5 درصد کاهش توان خروجی منجر می شود.
• برای پنل پلی کریستال میزان کاهش توان خروجی در محدوده دمایی 25 تا 40°C در رطوبت 30 ، از 3/79 تا 16/87 درصد بود که با افزایش رطوبت نسبی به 45 از 3/06 تا 15/31 درصد و نهایتاً در رطوبت 75 از 8/71 تا 27/14 درصد رسید.
• تأثیر دما در پنل پلی کریستال نسبت به پنل مونو کریستال کمتر است، دلیل این امر میتواند روشن تر بودن سطح پنل پلی کریستال نسبت به مونوکریستال باشد.
• برای تعیین اثر سطوح بالاتر شرایط دما و رطوبت هوا پیشنهاد می شود از آزمایشهای محیطی (بیرونی) استفاده شود.