آیا کارایی پنل خورشیدی در زمستان برای تولید انرژی برق مورد نیاز خانگی کافی است؟
یکی از سؤالات رایج در استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید برق خانگی، کارایی پنل خورشیدی در زمستان است. آیا پنلهای خورشیدی در زمستان کار میکنند و آیا میزان برق تولیدی آنها به اندازهای هست که نصب آن ها توجیه اقتصادی داشته باشد؟
اکثر مردم شرایط آب و هوایی مناسب برای پنل های خورشیدی را یک روز آفتابی روشن میدانند که دمای آن نیز بالا باشد. البته این تصور اشتباه نیست. ولی چنین روزهایی، تنها روزهای سال برای تولید برق از انرژی خورشیدی نیست. برای آنکه با حقایقی دربارۀ کارایی پنل خورشیدی در زمستان آشنا شوید با ما همراه باشید.
یک سلول خورشیدی چطور کار میکند؟
برای آنکه پاسخ به سؤال آیا پنلهای خورشیدی در فصل زمستان کار میکنند، پاسخ مناسبی بدهیم لازم است ابتدا با عملکرد سلولهای خورشیدی آشنا شوید تا ببینید که آنها میتوانند در همۀ ایام سال تشعشات لازم برای تولید الکتریسیته را از خورشید دریافت کنند.
پنلهای خورشیدی از سلول های فوتوولتاییک ساخته شدهاند. این سلولها اغلب از سیلیکون هستند و برای تولید برق استفاده میشوند. الکترونهای موجود در سلولهای فوتوولتاییک با تماس با ذرات نوری به نام فوتون انرژی میگیرند. در داخل سلولها این انرژی به جریان الکتریکی تبدیل میشود و در نهایت با تجهیزات برق تولید شده برای مصارف خانگی و حتی صنعتی قابل استفاده خواهد بود.
پس در طول زمستان، حتی با وجود آنکه نور کمتری به سطح صفحات خورشیدی میتابد، همچنان امکان تولید برق وجود دارد.
چرا در زمستان میزان تولید برق صفحات خورشیدی تغییر میکند؟
در تولید صفحات فوتوولتاییک یا PV شرایطی به عنوان پیش فرض در نظر گرفته میشود و با توجه به آن توان تولید انرژی برق از آن صفحه برآورد میشود. ولی کارایی پنل خورشیدی در زمستان کمتر میشود. پس این اطلاعات چطور تنظیم میشوند؟
پیش فرض اندازه گیری مقدار انرژی تولید شده از یک صفحۀ PV بر اساس سه پارامتر است. ارتفاع 10 متری از سطح زمین، شدت تابش 1000 کیلووات بر متر مربع در دمای 20 درجه سانتیگراد. در یک فضای کنترل شده، مقدار انرژی به دست آمده از صفحۀ خورشیدی به دست می آید و این به عنوان حداکثر توان آن در نظر گرفته می شود.
اما زاویۀ تابش خورشید در تمام طول سال یکسان نیست. از اواسط تابستان تا اواسط زمستان زاویه بیشتر است و از اواسط زمستان تا اواسط تابستان کمتر میشود و همین کارایی پنل خورشیدی در زمستان را تغییر میدهد. شرایط دیگری چون وزش باد هم بر عملکرد آن تأثیر دارد.
با همۀ این تفاسیر اینکه پنل خورشیدی در فصل زمستان کارایی ندارد یک تصور غلط است. با وجود اینکه نور مستقیم خورشید و اشعۀ ماورای بنفش میتواند کارکرد پنل خورشیدی را افزایش دهد ولی کاهش دما تأثیر چندانی بر کارایی پنل خورشیدی در زمستان ندارد.
چگونگی کارایی پنل خورشیدی در زمستان
شاید جالب باشد که بدانید دمای پایین باعث بهتر شدن کارایی پنل خورشیدی در زمستان میشود. پنلهای خورشیدی هم یک دستگاه الکترونیکی هستند و مانند هر دستگاه دیگری مثل رایانهها و لوازم خانگی زمانی که در هوای سرد قرار بگیرند بهتر کار میکنند. این به دلیل تفاوت انرژی میان فوتونهای اشعۀ خورشید و الکترونهای سلول خورشیدی است. که باعث میشود پنل خورشیدی انرژی بیشتری تولید کند.
برای آنکه پنل خورشیدی بتواند در زمستان هم به اندازۀ کافی انرژی برق تولید کند، بهتر است از تنظیم کننده های مکانیکی برای تعیین جهت آن نسبت به خورشید استفاده کنید. این تنظیم کننده ها صفحات خورشیدی را مانند یک گل آفتابگردان در جهت تابش نور خورشید هدایت میکنند.
تنظیم کننده در دو نوع شمالی – جنوبی و شرقی – غربی هستند. تنظیم کننده های شرقی – غربی برای تغییر جهت پنل خورشیدی در طول روز استفاده می شوند. و تنظیم کنندههای شمالی – جنوبی برای کارایی پنل خورشیدی در زمستان مناسب هستند.
آیا بارش برق بر کارایی پنل خورشیدی در زمستان تأثیر منفی دارد؟
اگرچه دمای پایین تغییری در میزان تولید انرژی برق صفحات خورشیدی ندارد. ولی فاکتورهای دیگری مانند بارش برق بر سطح برق تولیدی اثر منفی میگذارد. زمانی که برف بر روی سلولهای خورشیدی مینشیند، جلوی جذب نور خورشید را می گیرد. پس طبیعی است که برق تولیدی هم کاهش پیدا کند.
البته مقدار کمی برف، اختلال قابل توجهی ایجاد نمیکند. چرا که اشعۀ ماورای بنفش میتواند از آن نفوذ کند. و حتی باد این ذرات را پاک میکند. و نیازی به تمیز کردن صفحات برای افزایش کارایی پنل خورشیدی در زمستان نیست. همچنین پنلهای خورشیدی با یک زاویه نسبت به خورشید ساخته میشوند تا بیشترین میزان جذب اشعۀ ماورای بنفش را داشته باشند. همین زاویه باعث میشود تا برف به راحتی روی سطح جمع نشود.
آنچه نگران کننده به نظر میرسد، بارش برف سنگین است. وزن پنلهای خورشیدی به خودیِ خود زیاد است و اضافه شدن وزن برف میتواند آنها را سنگینتر کند. در فضاهای خانگی که برای افزایش کارایی پنل خورشیدی برای تولید برق خانگی آن را بر روی پشت بام نصب میکنند، باید به این نکته توجه داشت.
کاهش طول روز چه تأثیری بر تولید انرژی برق از پنل خورشیدی دارد؟
روزهای زمستان کوتاهتر هستند و این بر کارایی پنل خورشیدی در زمستان اثر منفی میگذارد. با این حال در یک روز صاف زمستانی پنل خورشیدی با تمام توان خود کار میکند. پس باید گفت که ارزش راه اندازی آن در بیشتر مناطق ایران بالاست. درست است که در زمستان امکان تولید برق به اندازۀ تابستان نیست. ولی باید به آن به چشم یک سرمایه گذاری برای کاهش مصرف سوختهای فسیلی در طول سال نگاه کنید.
با توجه به مشکلات عدیده در تولید برق در فصلهای سرد سال و مسائلی چون وارونگی و آلودگی هوا، با قاطعیت میتوان گفت که کارایی پنل خورشیدی در زمستان ارزش نصب و راه اندازی آن را بالا میبرد. حتی بسیاری از خانهها و مجتمع های مسکونی میتوانند با راهاندازی آبگرمکنهای خورشیدی، تا حدود زیادی به کاهش مصرف سوختهای فسیلی کمک کنند.