پدیده Mismatch در پنل های خورشیدی یکی از چالش های مهم در طراحی و عملکرد نیروگاه خورشیدی است. این پدیده به عدم تطابق عملکرد پنل های خورشیدی در یک آرایه اشاره دارد که می‌تواند منجر به کاهش کارایی و تولید انرژی کلی سیستم شود. با این حال، با اتخاذ راهکارهای مناسب، می‌توان اثرات تلفات Mismatch را کاهش داد و به بهینه‌سازی عملکرد نیروگاه های خورشیدی کمک کرد. در این مقاله، به بررسی مفهوم تلفات Mismatch، دلایل بروز آن، تأثیرات آن بر عملکرد نیروگاه خورشیدی و راهکارهای ممکن برای کاهش این مشکل خواهیم پرداخت.
عدم تطابق پنل های خورشیدی (Mismatch) چیست؟
تلفات Mismatch در نیروگاه خورشیدی به عدم تطابق در عملکرد پنل های خورشیدی اشاره دارد. به عبارت دقیقتر، عدم تطابق پنل های خورشیدی (Mismatch) به وضعیتی اشاره دارد که در آن عملکرد یک یا چند پنل خورشیدی در یک آرایه به دلیل تفاوت‌های عملکردی، با سایر پنلها متفاوت است.
اگر بخواهیم به این سوال که تلفات mismatch در نیروگاه خورشیدی چیست، پاسخ کامل و مفصلی دهیم باید از مرحله طراحی سیستم های خورشیدی شروع کنیم. همانطور که می دانید هنگام طراحی نیروگاه خورشیدی، برای دستیابی به توان خروجی مورد نظر، لازم است پنلها را به صورت سری و موازی به یکدیگر متصل کنیم. در اتصال سری چندین پنل فتوولتائیک، ماکزیمم جریان خروجی آرایه برابر با کمترین جریان تولید شده بین پنلها خواهد بود. در اتصال موازی نیز کمترین ولتاژ تولید شده بین پنلها، ماکزیمم ولتاژ خروجی را محدود خواهد کرد. بنابراین اگر در یک آرایه، از پنل های خورشیدی با عملکرد و یا پارامترهای فنی متفاوت استفاده شود، ممکن است به ماکزیمم توان خروجی کلی نیروگاه دست نیابیم.
بهتر است بدانیم که این عدم تطابق می‌تواند به دلایل مختلفی از جمله تفاوت در کیفیت پنلها، سایه‌افتادگی، دما، و یا حتی عیوب ساختاری ایجاد شود. وقتی که چندین پنل خورشیدی در یک آرایه به صورت سری متصل می‌شوند، عملکرد ضعیف‌ترین پنل می‌تواند بر عملکرد کل سیستم تأثیر بگذارد.
البته نکته جالب توجه اینجاست که پدیده mismatch فقط بین چندین پنل خورشیدی متفاوت اتفاق نمی افتد. این پدیده بین سلول های سری شده در درون یک پنل هم، در اندازه بسیار کوچکتر رخ می دهد. در این حالت وقتی یک سلول خورشیدی درون پنل دچار افت ولتاژ یا جریان شود، عملکرد بقیه ی سلولهای سری شده با خود و درنهایت پنل را تحت تاثیر قرار خواهد داد. در این حالت، اگر افت توان خروجی پنل های خورشیدی از برند و مدل مشابه، با هم اختلاف زیادی داشته باشد نیز پدیده عدم تطابق ظاهر خواهد شد.
در کارخانه مانا انرژی پاک، برای کاهش پدیده عدم تطابق در نیروگاه خورشیدی (mismatch in solar systems)، تمامی پنل‌هایی که در یک پالت بسته‌بندی می‌شوند، با دقت بسیار بالایی دارای رنج توان یکسان هستند. این رویکرد این امکان را فراهم کرده است که به طور مؤثری از مشکلات عدم تطابق پنل های خورشیدی خریداری‌شده در یک رنج مشخص از توان، جلوگیری شود.
دلایل بروز Mismatch در نیروگاه خورشیدی
1. تفاوت‌های ساختاری پنل ها: پنل های خورشیدی ممکن است از تولیدکنندگان مختلف یا حتی از مدل‌های مختلف یک تولیدکننده باشند. این تفاوت‌ها می‌توانند منجر به کارایی‌های متفاوت در شرایط مشابه شوند. به طور مثال اگر در یک نیروگاه خورشیدی، بخشی از پنلها از نوع یکطرفه (مونوفیشیال) و بقیه پنل ها از نوع دوطرفه (بایفیشیال) انتخاب شده باشد، پدیده عدم تطابق و کاهش راندمان نیروگاه امری حتمی خواهد بود.
2. سایه‌اندازی: سایه‌اندازی ناشی از درختان، ساختمان‌ها یا سایر موانع می‌تواند بر تولید انرژی پنل خورشیدی تأثیر بگذارد. پنل‌هایی که در سایه قرار دارند نمی‌توانند به طور کامل انرژی خورشیدی را جذب کنند. این موضوع بر جریان و ولتاژ خروجی پنل تاثیر مستقیم میگذارد.
3. تغییرات دما: دما می‌تواند بر عملکرد پنلها تأثیر بگذارد. پنل خورشیدی در دماهای بالا ممکن است کارایی کمتری داشته باشد و این اختلاف دما بین پنلها می‌تواند منجر به Mismatch شود.
4. عیوب ساختاری: عیوبی مانند ترک‌ها یا آسیب‌های فیزیکی می‌توانند عملکرد یک پنل را کاهش دهند و باعث Mismatch شوند.
تأثیر Mismatch بر عملکرد نیروگاه خورشیدی
Mismatch پنل های خورشیدی می‌تواند تأثیرات قابل توجهی بر عملکرد و راندمان کلی نیروگاه خورشیدی داشته باشد. به همین دلیل است که این پدیده با نام تلفات Mismatch در سیستم خورشیدی شناخته میشود. به عبارتی، تلفات mismatch در نیروگاه خورشیدی به معنای کاهش کارایی سیستم به دلیل عدم تطابق بین توان خروجی پنل‌های خورشیدی است که می‌تواند ناشی از تفاوت در سایه‌بان‌ها، دما یا کیفیت پنلها باشد و در نتیجه به افت قابل توجهی در تولید انرژی و کاهش بازده اقتصادی پروژه منجر شود.
به طور کلی تأثیرات عدم تطابق پنل های خورشیدی بر عملکرد نیروگاه شامل موارد زیر می شود:
1. کاهش تولید انرژی: عملکرد ضعیف‌ترین پنل در یک آرایه می‌تواند منجر به کاهش تولید انرژی کل سیستم شود. این کاهش می‌تواند به میزان قابل توجهی باشد و بر بازده اقتصادی پروژه تأثیر بگذارد.
2. افزایش هزینه‌ها: نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتر و همچنین هزینه‌های مربوط به جایگزینی پنل های آسیب‌دیده می‌تواند به افزایش هزینه‌های کلی پروژه منجر شود.
3. کاهش عمر مفید سیستم: عدم تطابق در عملکرد می‌تواند به افزایش استرس بر روی پنلها منجر شود و این موضوع می‌تواند عمر مفید سیستم را کاهش دهد.
در تصویر زیر یک مثال از کاهش انرژی تولیدی یک آرایه متشکل از چندین پنل خورشیدی سری شده مطابق و کاملا مشابه (شکل سمت چپ) و غیر مطابق و متفاوت (شکل سمت راست) نمایش داده شده است. همانطور که محاسبات نشان میدهد، عدم تطابق تنها یکی از پنلها باعث افت توان 3درصدی آرایه خورشیدی شده است.
در تصویر زیر یک مثال از کاهش انرژی تولیدی یک آرایه متشکل از پنل های خورشیدی موازی شده مطابق و مشابه (شکل سمت چپ) و دارای پدیده mismatch (شکل سمت راست) نمایش داده شده است. همانطور که محاسبات نشان میدهد، عدم تطابق دو عدد از پنلها باعث افت توان 22درصدی آرایه خورشیدی شده است.
راهکارهای کاهش تلفات mismatch در نیروگاه خورشیدی
برای کاهش اثرات Mismatch در نیروگاه خورشیدی، می‌توان از راهکارهای زیر استفاده کرد:
1. انتخاب پنل‌های همسان: استفاده از پنل های خورشیدی از یک تولیدکننده و مدل مشابه برای طراحی و ساخت نیروگاه می‌تواند به کاهش Mismatch کمک کند.
2. استفاده از مبدل‌های MPPT: مبدل‌های حداکثر نقطه توان (MPPT) می‌توانند به بهینه‌سازی تولید انرژی در شرایط مختلف کمک کنند و اثرات Mismatch را کاهش دهند.
3. طراحی مناسب آرایه: طراحی آرایه به گونه‌ای که پنلها در معرض نور مستقیم خورشید قرار گیرند و از سایه‌افتادگی جلوگیری شود، می‌تواند به کاهش Mismatch کمک کند.
4. نظارت و نگهداری منظم: نظارت منظم بر عملکرد پنل ها و نیروگاه خورشیدی و انجام تعمیرات لازم می‌تواند به شناسایی سریع مشکلات و کاهش اثرات Mismatch کمک کند.
با این حال، تلفات ناشی از عدم تطابق موضوعی است که نمی‌توان به‌طور کامل آن را حل کرد. البته انتخاب پنل خورشیدی با کیفیت عالی و خرید از برندهای معتبر و دارای گارانتیهای بلندمدت مانند مانا انرژی می‌تواند به کاهش این تلفات کمک کند.
بیشتر بخوانید: مقاله جامع انرژی خورشیدی (صفر تا صد)