توسط : مطالعه جدیدی نشان میدهد پنلهای خورشیدی دوطرفه پشتبامی در مناطق با عرض جغرافیایی بالا میتوانند در شرایط برفی، بین ۹ تا ۱۳ درصد برق بیشتری نسبت به پنلهای یکطرفه تولید کنند. این برتری بهویژه در فصل زمستان چشمگیرتر است و درعینحال به کاهش هزینه ترازشده تولید برق (LCOE) نیز منجر میشود.
به گزارش pv magazine، در این پژوهش، تیم بینالمللی با انجام تحلیل فنی–اقتصادی سیستمهای خورشیدی دوطرفه شهری در عرضهای جغرافیایی بالا نشان داد که این فناوری، تحت شرایط برفی، قادر است تا ۱۳ درصد انرژی بیشتری نسبت به سیستمهای متداول یکطرفه تولید کند.
محققان برای این مطالعه، یک مدل بهینهسازی فنی–اقتصادی توسعه دادهاند که اثرات برف، جهتگیری پنلها، فاصله ردیفها، و حالتهای مختلف بهرهبرداری را در نظر میگیرد. نتایج این مدل همچنین نشان میدهد عملکرد اقتصادی سیستمهای دوطرفه بهشدت به شرایط بازار برق حساس است.
به گفته پژوهشگران، با وجود پتانسیل بالای این فناوری، بهدلیل پیچیدگی اثرات برف، تاکنون تحلیلهای جامع و دقیقی درباره عملکرد واقعی پنلهای دوطرفه در مناطق با عرض جغرافیایی بالا وجود نداشته است؛ خلأیی که این تحقیق درصدد پر کردن آن بوده است.
«ووجون وانگ»، نویسنده مسئول این پژوهش، توضیح داد: «برای پر کردن این خلأ پژوهشی و حل چالش فنی موجود، یک مدل نوین بهینهسازی فنی–اقتصادی برای نصب سامانههای خورشیدی دوطرفه توسعه دادیم که در آن اثرات بارش برف و فرایند ذوب آن، بههمراه دو مدل بهرهبرداری شامل مدل خانگی و مدل پارکی در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، در این مدل بهینهسازی، هم زاویه نصب پنلها و هم فاصله بین ردیفها لحاظ شده که این ویژگی، امکان بهینهسازی هم سامانههای کوچک مقیاس پشتبامی و هم نیروگاههای خورشیدی بزرگمقیاس را فراهم میکند.»
این گروه پژوهشی مطالعه موردی خود را بر منطقه هاماربی، یکی از نواحی شهری پایتخت سوئد، استکهلم، متمرکز کرده است. دادههای مربوط به شبکه برق، ازجمله اطلاعات پستها و بار مصرفی، از اپراتور شبکه دریافت شده و دادههای هواشناسی نیز از پایگاه داده Solcast و مؤسسه هواشناسی و هیدرولوژی سوئد استخراج شده است. این دادهها شامل اطلاعات تابش خورشیدی، دمای هوا و عمق برف بوده است.
مقایسه عملکرد پنلهای خورشیدی دوطرفه و یکطرفه
در این پژوهش درمجموع ۲۷۷ ساختمان با مساحت بام بیش از ۲۲۶ هزار مترمربع لحاظ شدهاند. این ساختمانها به ۱۹ پست مختلف شبکه متصل هستند و هر پست میتواند تعداد متفاوتی از ساختمانها و سایر مشترکان را پوشش دهد. در این مطالعه فرض شده که تمامی بامها مسطح هستند و سامانههای خورشیدی با زاویه شیب ثابت نصب میشوند؛ همچنین اثر سایهاندازی ناشی از فاصله بین ردیف پنلها نیز در محاسبات لحاظ شده است.
پنلهای خورشیدی دوطرفه مورد بررسی در این پژوهش دارای توان نامی ۵۷۵ وات و ضریب عملکرد دوطرفه ۰.۸ هستند. برای مقایسه، مدلهای مرجع یکطرفه نیز با توان ۵۷۵ وات و بدون ضریب در نظر گرفته شدهاند. تمامی پنلها با زاویه شیب ثابت و رو به جنوب نصب شدهاند و یک تلفات کلی ۱۰ درصدی برای سامانهها لحاظ شده است که عواملی مانند آلودگی سطح پنلها، تلفات سیمکشی و دسترسپذیری را پوشش میدهد. قیمت هر پنل دوطرفه ۹۴۸ کرون سوئد (حدود ۱۰۲.۴ دلار) و قیمت پنلهای یکطرفه ۹۲۰ کرون سوئد در نظر گرفته شده است.
در شبیهسازیها، سه سطح قیمت برق شامل ۲۲۱، ۶۷۲ و ۱٬۳۷۹ کرون سوئد بهازای هر مگاواتساعت لحاظ شده است. همچنین دو حالت بهرهبرداری مورد ارزیابی قرار گرفته است: «مدل خانگی» که در آن برق تولیدی برای مصرف خود ساختمان استفاده شده و مازاد آن به شبکه فروخته میشود، و «مدل پارکی» که در آن کل برق تولیدی مستقیماً به شبکه تزریق میشود.
پنلهای خورشیدی دوطرفه در شرایط برفی برق بیشتری تولید میکنند
ووجون وانگ در تشریح نتایج این مطالعه گفت: «چند نتیجه بهدستآمده بسیار قابلتوجه بود. نخست اینکه، در مقایسه با سامانههای خورشیدی یکطرفه، سامانههای دوطرفه در شرایط وجود برف میتوانند ۹.۱ تا ۱۲.۸ درصد برق بیشتری تولید کنند و بخش عمده این افزایش تولید مربوط به فصل زمستان، یعنی ماههای دسامبر تا فوریه است. دوم اینکه، سامانههای خورشیدی دوطرفه بهطور متوسط میتوانند هزینه همسطحشده تولید برق (LCoE) را بین ۸.۸ تا ۹.۷ درصد کمتر از سامانههای یکطرفه کاهش دهند. سوم اینکه، نرخ تنزیل نقش بسیار مهمی در عملکرد اقتصادی هر دو نوع سامانه خورشیدی، ازجمله LCoE و دوره بازگشت سرمایه، ایفا میکند.»
نتایج این تحلیل همچنین نشان میدهد که شاخصهای خودکفایی و خودمصرفی در سامانههای خورشیدی دوطرفه اختلاف چندانی با یکدیگر ندارند و تفاوت آنها در حدود دو واحد درصد است. بااینحال، اگرچه چنین سامانههایی میتوانند در طول عمر خود از نظر اقتصادی سودآور باشند، اما ارزش فعلی خالص (NPV) و دوره بازگشت سرمایه آنها بهشدت به شرایط بازار، از مله قیمت برق، نرخ تنزیل و وجود یا عدم وجود یارانهها وابسته است.
وانگ در ادامه تأکید کرد: «در این مطالعه فرض کردهایم که تمامی پنلهای خورشیدی رو به جنوب نصب شدهاند، اما این فرض در همه نیروگاههای خورشیدی واقعی قابل اجرا نیست؛ چرا که محدودیتهای محلی مانند توپوگرافی، سیاستهای قیمتگذاری برق، زیرساختها و سایر عوامل میتوانند جهتگیری بهینه پنلها را تحت تأثیر قرار دهند.»
به گفته او، تیم پژوهشی درحال اصلاح این مدل است تا امکان بهینهسازی سامانههای خورشیدی با جهتگیریهایی غیر از جنوب نیز فراهم شود. همچنین بهبود مدل برف و ادغام یک مدل دقیق آلودگی سطح پنلها از دیگر محورهای در دست بررسی است تا این مدل بهینهسازی فنی-اقتصادی، کاربردپذیری بیشتری در شرایط واقعی پیدا کند.
این پژوهش در مجله Renewable Energy منتشر شده است.
