توسط : پژوهشگران تایوانی سیستم بازتابنده آلومینیومی قابل تنظیمی توسعه داده‌اند که عملکرد پنل‌های خورشیدی دوطرفه با نصب عمودی را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. نمونه اولیه این سیستم در مقایسه با سیستم بدون بازتابنده، افزایش توان کلی ۷۱.۳۲ درصدی در تولید برق ثبت کرده است.
به گزارش pv magazine، پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت تایوان سیستم بازتابنده قابل تنظیمی طراحی کرده‌اند که عملکرد آرایه‌های خورشیدی دوطرفه با چینش عمودی را بهبود می‌بخشد. به گفته آن‌ها، این سیستم قادر است به‌صورت خودکار، زاویه شیب و طول مؤثر بازتابنده را به‌صورت ساعتی و براساس داده‌های لحظه‌ای مربوط به ارتفاع خورشید و سرعت باد تنظیم کند.
البته این نخستین تلاش در سطح تحقیقاتی برای استفاده از چنین فناوری در کاربردهای خورشیدی نیست، اما طراحی جدید این سیستم بازتابنده یک گام مهم به شمار می‌رود. به گفته محققان: «این پیکربندی تطبیقی، دریافت تابش خورشیدی را بهینه کرده و درعین‌حال، ایمنی سازه را در برابر تغییرات روزانه و فصلی تضمین می‌کند.»
طراحی سیستم بازتابنده‌های قابل تنظیم برای بهبود عملکرد پنل‌های خورشیدی دوطرفه
این تیم پژوهشی از روش به نام «تاگوشی» (Taguchi) استفاده کرده است. هدف این روش آن است که با طراحی دقیق و مقاوم آزمایش‌ها، تغییرات و نوسانات نتایج را حتی در شرایطی که عوامل محیطی خارج از کنترل هستند، به حداقل برساند. تیم تحقیقاتی با به‌کارگیری این روش توانست تعامل میان پارامترهای کلیدی و روند عملکرد سامانه‌های خورشیدی مجهز به بازتابنده را شناسایی کند.
برای مثال، در یک شرایط واقعی که شدت تابش خورشید یا دمای هوا همیشه ثابت نیست، آن‌ها با کمک این روش بررسی کردند که چه عواملی (مثل زاویه بازتابنده یا فاصله آن از پنل) روی عملکرد پنل‌ها بیشتر تأثیر دارد و کدام ترکیب پارامترها بهترین نتیجه را می‌دهد.
در این آزمایش، از مجموعه‌ای از تجهیزات شامل ماژول‌های فتوولتاییک، بازتابنده‌های قابل تنظیم، اینورتر، بادسنج (برای اندازه‌گیری سرعت باد)، پیرانومتر (برای اندازه‌گیری تابش خورشید)، کنترل‌کننده توان و دیتالاگر برای ثبت داده‌ها استفاده شد.
پنل‌های دوطرفه به‌صورت عمودی و در راستای شرق–غرب نصب شدند، درحالی‌که بازتابنده‌ها با زاویه‌ای برابر با نصف زاویه ارتفاع خورشید نسبت به افق، تنظیم شده بودند. پژوهشگران توضیح دادند که در این پیکربندی، نور بازتاب‌شده به‌صورت عمودی به سطح پنل برخورد می‌کند، و این حالت بیشترین میزان تابش بازتاب‌شده را برای جذب توسط پنل فراهم می‌کند:
«برای مثال، زمانی که زاویه ارتفاع خورشید ۳۰ درجه باشد، زاویه بهینه بازتابنده حدود ۱۵ درجه خواهد بود؛ و اگر این زاویه ۴۵ درجه باشد، بازتابنده باید در زاویه‌ای نزدیک به ۲۲.۵ درجه تنظیم شود.» همچنین برای ارزیابی و تعیین مؤثرترین ترکیب پارامترها، ازجمله پهنای بازتابنده، فاصله آن از پنل، نوع ماده سازنده و مکانیزم رهگیری، از بهینه‌سازی به روش تاگوشی استفاده شده است.
پژوهشگران همچنین از ابزار آماری تحلیل واریانس (ANOVA) استفاده کردند تا مشخص کنند که آیا تفاوت‌هایی که میان سطوح مختلف عوامل مشاهده شده، از نظر آماری معنادار هستند یا نه، و اینکه هر عامل تا چه اندازه بر متغیر پاسخ (مثلاً توان خروجی یا بازده سیستم خورشیدی) تأثیر می‌گذارد. علاوه‌براین، آن‌ها از مدل‌سازی TRNSYS برای انجام تحلیل مقایسه‌ای میان داده‌های به‌دست‌آمده از آزمایش‌های عملی و نتایج حاصل از شبیه‌سازی استفاده کردند تا دقت مدل و قابلیت پیش‌بینی آن را ارزیابی کنند.
افزایش بیش از ۷۰ درصدی بازده پنل‌های خورشیدی دوطرفه با کمک بازتابنده‌های آلومینیومی
نتایج آزمایش‌ها نشان داد که بهینه‌ترین پیکربندی سیستم زمانی حاصل می‌شود که از بازتابنده‌های آلومینیومی استفاده شود، زاویه بازتابنده‌های جلویی و پشتی برابر با نصف زاویه ارتفاع خورشید تنظیم گردد، بازتابنده‌ها سطحی بزرگ‌تر از پنل داشته باشند، و زاویه سمت برابر با ۱۱۰ درجه انتخاب شود. این پیکربندی منجر به بهبود عملکردی (لحظه‌ای) در حدود ۱۱ درصد نسبت به سیستم‌های دوطرفه استاندارد بدون بازتابنده، و حدود ۳.۱۹ درصد نسبت به سیستم‌هایی با بازتابنده‌های غیربهینه شده است.
محققان اعلام کردند: «سیستم بهینه‌‌شده توانست در مقایسه با سیستم پایه بدون بازتابنده، افزایش توان کلی معادل ۷۱.۳۲ درصد را ثبت کند و نسبت به پیکربندی‌های غیربهینه دارای بازتابنده نیز بهبودی برابر با ۳.۱۹ درصد به‌دست آورد که نشان‌دهنده عملکرد قابل توجه آن در طول سال است. ترکیب شبیه‌سازی TRNSYS و روش تاگوشی، چارچوبی قدرتمند برای طراحی و بهینه‌سازی سامانه‌های فتوولتاییک تقویت‌شده با بازتابنده در آینده فراهم می‌کند.»
این تیم تحقیقاتی همچنین اعلام کرد که قصد دارد در مراحل بعدی، این سامانه را در نیروگاه‌های واقعی و در مناطق جغرافیایی گوناگون آزمایش کند.
یافته‌های این پژوهش در مقاله‌ای در مجله Energy Nexus منتشر شده است.
همچنین بخوانید: پنل‌های خورشیدی می‌توانند به پاکسازی خاک‌های آلوده کمک کنند
