تست مقاومت پنل های خورشیدی در برابر نقطه داغ به عنوان یک روش تشخیصی و حرارتی، نقش حیاتی در شناسایی و ارزیابی این پدیده دارد. یکی از چالشهای مهم در بهرهبرداری از سیستم های فتوولتائیک، پدیدهای به نام "نقطه داغ" است. نقطه داغ به نواحی خاصی از پنل های خورشیدی اشاره دارد که به دلیل عدم یکنواختی در عملکرد سلولها، دما به طور غیرطبیعی افزایش مییابد. این افزایش دما میتواند به آسیبهای جدی به پنل، از جمله کاهش کارایی، آسیب به عایقها و حتی خطر آتشسوزی منجر شود.
انجام تست مقاومت در برابر نقطه داغ برای پنل های خورشیدی به تولیدکنندگان این امکان را میدهد تا نقاط ضعف در طراحی و کیفیت مواد پنلها را شناسایی کرده و اقدامات لازم را برای بهبود عملکرد و ایمنی سیستم انجام دهند. همچنین، با اجرای این ارزیابی کیفی و ایمنی پنل های خورشیدی میتوان از بروز مشکلات جدی در آینده جلوگیری کرد و عمر مفید سیستم را افزایش داد.
نقطه داغ در پنل خورشیدی چیست؟
نقطه داغ یا هات اسپات (Hot Spot) به پدیده ای در پنل خورشیدی اطلاق میشود که در آن دمای یک سلول از پنل به طور غیرطبیعی افزایش مییابد. این افزایش دما معمولاً به دلیل عدم یکنواختی در عملکرد سلول های فتوولتائیک به کار رفته در ماژول ایجاد میشود. عدم عملکرد یکنواخت سلول های خورشیدی میتواند به دلایل مختلفی از جمله وجود گرد و غبار و آلودگی بر روی سطح سلول، آسیبهای فیزیکی، یا نواقص در طراحی و ساخت پنلها رخ دهد.
هنگامی که یک یا چند سلول در یک ماژول خورشیدی بهدلیل سایهافتادگی، نقص مواد، ترک، آلودگی سطح یا سایر عیوب، جریان نوری کمتری نسبت به سایر سلولها تولید میکنند، در مدار سری ماژول، این سلولها ناچار میشوند همان جریان رشته را عبور دهند. چون توان تولید آنها کافی نیست، سلول معیوب یا سایهخورده به ناحیه بایاس معکوس رانده شده و عملاً بهجای یک منبع تولید، به یک المان مصرفکننده توان (بار) برای سلولهای سالم تبدیل میشود. در این حالت، توان الکتریکی بهصورت گرما در همان سلول موضعی تلف شده و دمای آن بهشدت افزایش مییابد؛ این ناحیه با دمای غیرعادی را نقطه داغ (Hotspot) مینامند.
تأثیر نقطه داغ بر کارایی و عمر پنل های خورشیدی قابل توجه است. افزایش دما در این نواحی میتواند باعث کاهش کارایی سلولها شود، زیرا عملکرد سلولهای فتوولتائیک به دما وابسته است. با افزایش دما، بازدهی تولید برق کاهش مییابد و در نتیجه، کارایی کلی سیستم تحت تأثیر قرار میگیرد. علاوه بر این، دمای بالای نقطه داغ میتواند به عایقها و سایر اجزای پنل آسیب برساند و باعث کاهش عمر مفید پنلها شود. تحقیقات نشان دادهاند که وجود نقطه داغ میتواند منجر به کاهش 20 تا 30 درصدی در عملکرد پنل های خورشیدی شود و در موارد شدید، حتی ممکن است به آسیب دائمی به سلولها و کاهش عمر مفید آنها منجر گردد.
اهمیت تست مقاومت در برابر نقطه داغ برای پنل خورشیدی
همانطور که اشاره کردیم، تست مقاومت در برابر نقطه داغ یکی از مراحل کلیدی در ارزیابی ایمنی و عملکرد پنل های خورشیدی است. این آزمایش به منظور اندازهگیری و برآورد توانایی ماژولها در مواجهه با گرمایش موضعی ناشی از عواملی مانند وجود سلولهای شکسته یا جا به جا شده، خرابی در اتصالات، سایهافتادگی محلی و تجمع گرد و غبار انجام میشود. این وضعیت زمانی رخ میدهد که جریان عبوری از ماژول از جریان اتصال کوتاه کاهش یافته در سلول معیوب فراتر رود، که نتیجه آن افزایش دما در ناحیه سلول معیوب از پنل است.
اهمیت ارزیابی مقاومت پنل در برابر نقاط داغ، در این است که نقطه داغ میتواند به طور جدی بر ایمنی و عملکرد پنلهای خورشیدی تأثیر بگذارد. در بدترین حالت، گرمایش موضعی میتواند منجر به سوختن لایههای داخلی پنل، ترک خوردن و حتی شکستن شیشه محافظ شود. این آسیبها نه تنها به کاهش کارایی سیستم منجر میشوند، بلکه میتوانند خطراتی جدی برای ایمنی کاربران و تجهیزات ایجاد کنند.
علاوه بر این، حتی در شرایطی که آثار نقطه داغ بهصورت ظاهری قابل مشاهده نباشد، عملکرد دیود بایپس میتواند اثرات مهمی بر رفتار الکتریکی ماژول داشته باشد. هنگامی که یک یا چند سلول در یک زیررشته (substring) بهدلیل سایه، عیب یا هر علت دیگری دچار بایاس معکوس شدید شوند و ولتاژ معکوس آنها از حد مشخصی فراتر رود، دیود بایپسِ موازی با آن زیررشته هدایت کرده و عملاً آن بخش از ماژول را از مدار سری خارج میکند. این مکانیزم حفاظتی موجب محدود شدن ولتاژ معکوس و کاهش شدت hotspot در سلول معیوب میشود، اما در عین حال باعث افت ولتاژ و کاهش توان خروجی ماژول نیز خواهد شد.
روش انجام تست مقاومت پنل خورشیدی در برابر نقطه داغ
طراحی یک ماژول یا سیستم فتوولتائیک که بهصورت ایمن انرژی تابشی خورشید را به برق مفید تبدیل کند، باید احتمال سایهگذاری جزئی بر ماژولها را در طول عملکرد مد نظر قرار دهد. این روش تست، روندی را برای بررسی این موضوع بیان میکند که طراحی و ساخت ماژول، حفاظت کافی در برابر اثرات مضر نقاط داغ را هنگام نصب و استفاده معمولی فراهم میآورد.
این تست شامل اندازهگیری مجموعهای از منحنیهای جریان-ولتاژ (I-V) است که در هر بار سایهگذاری بر روی یک سلول اعمال میشود تا شدت جریان نشت و رفتار هر سلول بررسی گردد. اگر ماژول دارای چند رشته موازی باشد، هر رشته باید جداگانه آزمایش شود.
سلولهایی با مقاومت شانت پایین عموماً در اثر سایهگذاری کامل یا جزئی دچار نقطه داغ میشوند که گرمایش در یک ناحیه کوچک و شدید است و شکست سریع اتفاق میافتد. در مقابل، سلولهایی با مقاومت شانت بالا در اثر سایهگذاری جزئی دارای گرمایش یکنواختتر و کندتری هستند که همین امر موجب گذشت زمان طولانیتر تا بروز آسیب میشود. این موضوع اهمیت دیودهای بایپس را در طراحی مدار ماژول مشخص میکند.
در واقع، نقطه داغ زمانی ایجاد میشود که جریان عملیاتی ماژول از جریان اتصال کوتاه کاهش یافته (Isc) مربوط به سلول یا گروه سلولهای سایهدار یا معیوب فراتر رود. در این حالت، سلول آسیبدیده به حالت بایاس معکوس رفته و باید توان اضافی را دفع کند که این امر باعث افزایش دمای موضعی میشود. دیودهای بایپس (Bypass Diodes) که در مدار وجود دارند، میتوانند از بروز این آسیب جلوگیری کنند.
تجهیزات مورد نیاز برای این آزمایش شامل دستگاههای اندازهگیری جریان و ولتاژ، دوربینهای حرارتی و شبیه ساز نور خورشیدی انجام میشود. در این آزمایش تک تک سلول ها در ماژول های خورشیدی سایه دار شده و سلول هایی که پتانسیل بیشتری برای ایجاد نقطه داغ دارند تعیین و مورد بررسی بیشتر قرار می گیرند تا هم از عملکرد سلول در شرایط سایه اطمینان حاصل شود و هم عملکرد صحیح دیودهای بایپس مورد ارزیابی قرار گیرد.
این روشها مطابق با استانداردهای بینالمللی مانند IEC 61215 انجام شده و به کمک آنها میتوان میزان تحمل پنل در برابر شرایط نامساعد محیطی را اندازهگیری و ارزیابی نمود. نتیجه این تستها به تولیدکنندگان و مصرفکنندگان اطمینان میدهد که پنل انتخاب شده دارای کیفیت و دوام کافی برای استفاده بلندمدت در شرایط واقعی است.