وقتي سايه‌ها، برق خورشيدي را خاموش مي‌كنند
انرژي خورشيدي به عنوان يكي از مهم‌ترين منابع تجديدپذير در سال‌هاي اخير جايگاه ويژه‌اي يافته است، اما چالش‌هايي مانند سايه‌اندازي بر روي پنل‌هاي خورشيدي همچنان مانعي مهم در مسير بهره‌وري بالاتر اين فناوري به شمار مي‌آيند.
انرژي خورشيدي به عنوان يكي از مهم‌ترين منابع تجديدپذير در سال‌هاي اخير جايگاه ويژه‌اي يافته است، اما چالش‌هايي مانند سايه‌اندازي بر روي پنل‌هاي خورشيدي همچنان مانعي مهم در مسير بهره‌وري بالاتر اين فناوري به شمار مي‌آيند.
به گزارش ايسنا، انسان از ديرباز به دنبال بهره‌گيري از انرژي‌هاي موجود در طبيعت بوده است، اما رشد جمعيت و توسعه فناوري در دهه‌هاي اخير سبب شده تقاضا براي انرژي با سرعتي بي‌سابقه افزايش يابد. از سوي ديگر، پيامدهاي زيست‌محيطي ناشي از مصرف سوخت‌هاي فسيلي و نگراني درباره محدوديت منابع آنها، توجه جهانيان را به انرژي‌هاي پاك و تجديدپذير جلب كرده است. در اين ميان، پنل‌هاي فتوولتاييك كه نور خورشيد را به برق تبديل مي‌كنند، يكي از پركاربردترين روش‌هاي تأمين انرژي تجديدپذير محسوب مي‌شوند. دسترسي آسان به منبع انرژي خورشيد و امكان استفاده در مقياس‌هاي كوچك خانگي يا پروژه‌هاي بزرگ صنعتي، اين فناوري را به گزينه‌اي محبوب در كشورهاي مختلف، از جمله ايران، تبديل كرده است. با وجود اين مزايا، عملكرد پنل‌هاي خورشيدي تحت تأثير عوامل محيطي متعددي قرار مي‌گيرد. عواملي مانند دما، گردوغبار، رطوبت، سرعت باد و به ويژه سايه‌اندازي مي‌توانند به‌شدت راندمان توليد برق را كاهش دهند. سايه ممكن است ناشي از درختان، ساختمان‌ها يا حتي اجزاي ديگر سامانه باشد و بسته به‌شدت و شكل آن، نتايج متفاوتي ايجاد كند. بررسي دقيق تأثير سايه نه تنها به بهبود طراحي سامانه‌هاي خورشيدي كمك مي‌كند، بلكه زمينه را براي توسعه فناوري‌هاي جديدي مانند ميكرواينورترها و پيكربندي‌هاي نوآورانه فراهم مي‌آورد. اين امر به‌ويژه در محيط‌هاي شهري كه سايه اجتناب‌ناپذير است، اهميت بيشتري دارد. اصلان غلامي و يكي از همكارانش از گروه مهندسي انرژي‌هاي تجديدپذير دانشگاه شهيد بهشتي، در همين راستا، پژوهشي مروري را انجام داده‌اند. آنها با تمركز بر چالش‌هاي سايه‌اندازي بر پنل‌هاي خورشيدي و بررسي روش‌هاي مقابله با آن، تلاش كرده‌اند تصويري روشن از وضعيت فعلي تحقيقات و نوآوري‌هاي موجود ارايه دهند. اين مطالعه به شكل ساده مي‌كوشد نشان دهد كه چگونه مي‌توان با طراحي مناسب و بهره‌گيري از فناوري‌هاي نوين، اثرات منفي سايه را كاهش داد و بازدهي سامانه‌ها را افزايش بخشيد.
روش كار اين پژوهش بر مبناي بررسي و تحليل مجموعه‌اي گسترده از تحقيقات پيشين بوده است. مجريان اين تحقيق تلاش كرده‌اند تمامي ابعاد سايه‌اندازي، از انواع و شكل‌هاي مختلف آن گرفته تا پيامدهاي مستقيم روي راندمان و عمر مفيد پنل‌ها، را مورد توجه قرار دهند. سپس، راهكارهاي فني و طراحي‌هاي جديدي كه تاكنون براي كاهش اين آثار پيشنهاد شده‌اند، دسته‌بندي و مقايسه شده‌اند.
نتايج اين مرور علمي نشان مي‌دهند كه سايه‌هاي مختلف مانند افقي، عمودي، مورب و پراكنده مي‌توانند پيامدهاي گوناگوني داشته باشند؛ از جمله كاهش توان خروجي، ايجاد نقاط داغ و افت ضريب پرشدگي پنل‌ها. اين عوامل در نهايت باعث كاهش راندمان كلي سيستم و كوتاه شدن عمر مفيد آن مي‌شوند. بررسي‌ها همچنين نشان داده‌اند كه شكل و ميزان پوشش سايه نقش مهمي در شدت اين پيامدها دارد.
در گام بعدي، پژوهشگران سه دسته اصلي راهكار براي مقابله با آثار سايه‌اندازي معرفي كرده‌اند. نخست، استفاده از تجهيزات الكتريكي مانند ديود باي‌پس، اپتيمايزرها و ميكرواينورترها كه هركدام به روش‌هاي متفاوتي جريان و ولتاژ را مديريت مي‌كنند. دوم، بهينه‌سازي طراحي سلول‌هاي خورشيدي با فناوري‌هايي مانند سلول‌هاي نيمه و شينگل كه سطح موثر سايه را كاهش مي‌دهند. و سوم، بهره‌گيري از پيكربندي‌هاي پيشرفته آرايه‌هاي خورشيدي مانند سودوكو يا پل كامل متقاطع كه با بازچيني هوشمند پنل‌ها، اثر سايه را توزيع كرده و راندمان كلي را بهبود مي‌بخشند. از ميان اين راهكارها، پيكربندي‌هاي نوآورانه مانند سودوكو عملكرد بهتري نسبت به روش‌هاي سنتي نشان داده‌اند. به عنوان نمونه، اين روش توانسته تلفات توان ناشي از سايه را در برخي مدل‌ها تا ۵۳ درصد كاهش دهد و ميانگين افزايش توان خروجي را به بيش از ۲۲ درصد برساند. در مقابل، ديودهاي باي‌پس اگرچه از نظر هزينه مقرون‌به‌صرفه هستند، اما بيش از همه در شرايط سايه جزئي موثر واقع مي‌شوند. اپتيمايزرها و ميكرواينورترها نيز راندمان را بهبود مي‌دهند، اما هزينه بالاتر آنها باعث محدوديت در كاربرد گسترده مي‌شود. اطلاعات تكميلي اين پژوهش نشان مي‌دهند كه هر راهكار بسته به شرايط محيطي و اقتصادي كاركرد متفاوتي دارد. براي پروژه‌هاي كوچك، استفاده از تجهيزات الكتريكي يا طراحي‌هاي بهينه سلول‌ها گزينه مناسبي است. در مقابل، براي سامانه‌هاي بزرگ يا مناطقي كه سايه‌اندازي دايمي و گسترده دارند، روش‌هاي پيكربندي نوآورانه مانند سودوكو بهترين انتخاب هستند. همچنين، نتايج اين مطالعه بر ضرورت توسعه مدل‌هاي مبتني بر هوش مصنوعي براي پيش‌بيني اثرات سايه و آلودگي تأكيد مي‌كند؛ موضوعي كه مي‌تواند آينده طراحي سامانه‌هاي خورشيدي در ايران و جهان را متحول كند. گفتني است اين نتايج علمي در «فصلنامه كيفيت و بهره‌وري صنعت برق ايران» منتشر شده‌اند؛ نشريه‌اي كه وابسته به انجمن علمي مهندسي بهره‌وري صنعت برق ايران فعاليت مي‌كند و به انتشار پژوهش‌هاي روز در زمينه انرژي و صنعت برق مي‌پردازد.
