چرا پنل های خورشیدی همیشه انتظارات را برآورده نمی کنند

9 سپتامبر 2022 -توسط دانشگاه صنعتی آیندهوون

EPI در موقعیت های مختلف خورشیدی و تصاویر ماهواره ای برای تاسیسات PV یکسان در سه سایت. اعتبار: انرژی کاربردی (2022). DOI: 10.1016/j.apenergy.2022.119550

نیاز به روی آوردن به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید هرگز به این فوریت نبوده است. همانطور که شیر گاز به آرامی بسته می شود، برق بیشتر و بیشتر گران می شود، و اثرات گرم شدن آب و هوا به طرز دردناکی قابل مشاهده است، افراد بیشتری به پنل های خورشیدی دست پیدا می کنند.

عملکرد پنل های خورشیدی به طور گسترده در آزمایشگاه آزمایش شده است. اما آیا این سیستم های PV واقعاً آنچه را که وعده داده اند انجام می دهند؟ محقق بن منگ تصمیم گرفت پنل های خورشیدی را در زندگی واقعی آزمایش کند. او دریافت که به طور متوسط ​​عملکرد سیستم های PV آزمایش شده 6 درصد کمتر از حد انتظار است. ما با منگ صحبت کردیم تا بفهمیم چه اتفاقی دارد می افتد.

در هلند، از هر پنج خانوار، یک خانوار در حال حاضر پنل های فتوولتائیک (PV) را بر روی پشت بام خود نصب کرده است، که این کشور را به یک رهبر اروپایی در ظرفیت سرانه انرژی خورشیدی نصب شده تبدیل می کند.

قبل از اینکه مردم تصمیم به نصب پنل های خورشیدی بر روی پشت بام خود بگیرند، اغلب هزاران یورو هزینه می کنند، می خواهند بدانند که چقدر انرژی تولید می کنند. یک برآورد دقیق از بازده به آنها می گوید که چند سال طول می کشد تا سرمایه های ارزشمند خود را بازگردانند. پیش بینی های صحیح نیز برای سازندگان سیستم های PV اهمیت دارد. آنها معمولاً ضمانت‌نامه‌هایی را برای محصول خود ارائه می‌کنند و نمی‌خواهند با انبوهی از ادعاهای مشتریان خود مواجه شوند.

با این حال، در عمل، تخمین بازده اغلب بر اساس شرایط آزمایش استاندارد است که وضعیت دقیق روی زمین را در نظر نمی‌گیرد. عملکرد واقعی به دلیل تغییرات در تابش خورشیدی، اثرات گرما، کثیفی، سایه‌اندازی و تخریب ماژول، اغلب کمتر از انتظار مردم است.

تست کارایی روی زمین

برای دریافت ایده دقیق تر در مورد بازده واقعی PV، بن منگ از گروه تحقیقاتی عملکرد ساختمان در بخش محیط ساخت با مورگن وونن،  شرکت زیر مجموعه ساختمانی هلندی VolkerWessels تماس گرفت.

در طول سال های گذشته، مورگن وونن صدها خانه پیش ساخته در سرتاسر هلند ساخته است که بخشی از آنها مجهز به پنل های خورشیدی هستند. از آنجایی که خانه ها و پانل ها هر دو استاندارد هستند، به محقق فرصتی منحصر به فرد برای مقایسه کارایی 256 سیستم PV مسکونی مشابه در 19 سایت، هم در شرایط یکسان و هم بین شرایط مختلف ارائه شد.

منگ می‌گوید: «این امر به من این امکان را داد که نه تنها تفاوت بین کارآیی واقعی و وعده داده شده را ارزیابی کنم، بلکه همچنین بفهمم که دقیقاً چه چیزی باعث این تفاوت شده است. در مجموع، محقق پنج عامل را مورد بررسی قرار داد: مکان، جهت گیری نسبت به خورشید، تغییرات فصلی، شفافیت آسمان و پیری.

تاثیر ماسک زدن

“اولین چیزی که من از تجزیه و تحلیل خود می توانم ببینم، این است که عملکرد واقعی با آنچه که به طور کلی توسط مدل های شبیه سازی پیش بینی می شود، کمتر است. در واقع، ما تفاوت 6 درصدی را با عملکرد مورد انتظار پیدا کردیم! این نشان می دهد که فروشندگان سیستم های PV تمایل دارند کارایی را بیش از حد تخمین بزنند..”

منگ می‌گوید: «این نه تنها یک خبر بد برای مشتریان است، بلکه ممکن است مشکلاتی را برای تولیدکنندگان و نصب‌کنندگان نیز ایجاد کند، اگر عدم ارائه عملکرد مورد انتظار منجر به نقض قرارداد شود».

برای اینکه بفهمد چه اتفاقی می افتد، محقق سپس به عوامل فردی نگاه کرد. “ما به سرعت دیدیم که برآوردهای استاندارد تمایل دارند تاثیر پوشش بر عملکرد را نادیده بگیرند. این به میزان نور غیر مستقیمی که بر روی سیستم PV می‌تابد و به کسری از آسمان که برای پانل‌ها قابل مشاهده است بستگی دارد. حتی در مناطق حومه شهر، در جایی که ساختمان‌های مرتفع نادر هستند، مسدود کردن تشعشعات پراکنده آسمان به طور قابل توجهی کارایی PV را کاهش می‌دهد.”

بهبود مدل های شبیه سازی

بنابراین این یافته ها برای خریداران و فروشندگان احتمالی سیستم های PV چه معنایی دارد؟ یک راه حل واضح این است که به جای اعتماد به تخمین های شبیه سازی در شرایط ایده آل، ابتدا پانل ها را در زندگی واقعی آزمایش کنید.

منگ می‌گوید: «من به تأثیر آزمایش پانل‌ها به مدت یک ماه در طول تابستان نگاه کردم. در حال حاضر، ما توانستیم خطای نسبی مدل‌های شبیه‌سازی PV معمولی را تقریباً به نصف، تقریباً پنج درصد کاهش دهیم.»

محقق اذعان می کند که این ممکن است راه حل عملی برای بسیاری از خریداران جدید نباشد. با این حال، او امیدوار است که آزمایش‌های واقعی بتواند به بهبود مدل‌های شبیه‌سازی کنونی کمک کند، به طوری که خریداران آینده قادر خواهند بود به تخمین‌های دقیق‌تری از اثر پوششی دست یابند، بدون اینکه در واقع ابتدا آنها را نصب کنند.این به تولیدکنندگانی که می خواهند در مورد ادعاهای خود مطمئن شوند نیز کمک خواهد کرد. این بخشی از تحقیقات آینده خواهد بود.

سیستم های قدیمی

Roel Loonen، ناظر Meng، همراه با Jan Hensen، می گوید: گروه دیگری که ممکن است سود ببرند، صاحبان فعلی سیستم های PV هستند.

“بسیاری از مردم تمایل دارند پانل های خود را پس از نصب فراموش کنند. آنها نمی توانند برنامه خود را به طور منظم در تلفن بررسی کنند،  چه زمانی کار نمی کنند، بی اطلاع هستند. انجام بررسی های منظم روی این سیستم های قدیمی، با استفاده از معیارهای تایید شده، ممکن است به این کاربران کمک کند.”

آنها همچنین می توانند از داده ها برای تصمیم گیری در مورد زمان تعویض پانل های خود استفاده کنند. طول عمر استاندارد سیستم های PV حدود 25 سال تخمین زده می شود، اما ما به طور قطع نمی دانیم. داشتن داده های زمان واقعی در مورد عملکرد می تواند به اطلاع کاربران در مورد آنها کمک کند. زمان بهینه تعویض. نه خیلی دیر،  و نه خیلی زود، با توجه به اثرات زیست محیطی پانل های خورشیدی استفاده شده. ما می خواهیم تا زمانی که خوب کار کنند از آنها استفاده کنیم.”

این تحقیق در Applied Energy منتشر شده است.