پنل خورشیدی بایفشیال؛ آیا همیشه بهتر از مونوفشیال است؟ بررسی شرایط واقعی افزایش تولید برق

پنل خورشیدی بایفشیال چیست؟

پنل خورشیدی بایفشیال Bifacial Solar Panel یا پنل خورشیدی دوطرفه نوعی ماژول فتوولتائیک است که برخلاف پنل‌های مونوفشیال Mono facial، قابلیت دریافت تابش خورشیدی و تولید انرژی الکتریکی از هر دو سطح جلو و پشت پنل را دارد. در یک پنل مونوفشیال، سلول‌های خورشیدی عمدتاً تابش دریافتی از سطح جلویی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند و قسمت پشتی ماژول نقش محافظ و پوشش سلول‌ها را دارد. اما در پنل بایفشیال، طراحی سلول و ساختار ماژول به گونه‌ای است که بخشی از تابش نوری که از پشت پنل به سلول‌های خورشیدی میرسد نیز میتواند در فرآیند تولید برق مورد استفاده قرار گیرد.

بنابراین، پنل بایفشیال را نباید صرفاً پنلی با دو طرف فعال در نظر گرفت؛ عملکرد واقعی آن به میزان تابشی که از سطح پشتی دریافت میکند و شرایط نصب و محیط اطراف پنل وابسته است. طبق گزارش IEA PVPS، میزان انرژی اضافی حاصل از سطح پشتی به عواملی مانند هندسه نصب، ارتفاع پنل، زاویه نصب، فاصله بین ردیف‌ها، بازتابندگی سطح زمین و ساختار نگهدارنده بستگی دارد.

پنل بایفشیال چگونه از پشت خود برق تولید میکند؟

برای درک عملکرد پنل بایفشیال، ابتدا باید به تابشی که به سطح پشت پنل میرسد توجه کرد. نور خورشید پس از برخورد با سطوح اطراف نیروگاه، بخشی از خود را به سمت محیط بازتاب میدهد. مقداری از این تابش نور بازتاب‌شده میتواند به سطح پشتی پنل بایفشیال برسد. علاوه بر تابش بازتاب‌شده از زمین، تابش پراکنده آسمان و سایر مؤلفه‌های تابش نیز میتوانند در ایجاد تابش پشت پنل نقش داشته باشند. در نتیجه، انرژی دریافتی پنل بایفشیال را میتوان به‌صورت ساده حاصل مجموع اثر تابش سطح جلویی و تابش قابل استفاده در سطح پشتی در نظر گرفت.

اما یک نکته مهم وجود دارد: میزان تابش پشت پنل با میزان افزایش تولید برق یکسان نیست.

سلول‌های پشت پنل معمولاً از نظر عملکرد الکتریکی ضریب بازدهی کمتری نسبت به سطح جلویی دارند. این تفاوت با پارامتری به نام ضریب بایفشیالیتی Bifaciality Factor بیان میشود. در مدل‌های فنی NREL، ضریب بایفشیالیتی نسبت بازده سطح پشتی به بازده سطح جلویی سلول یا ماژول تعریف میشود و مقدار آن بسته به نوع ماژول میتواند متفاوت باشد. به همین دلیل، اگر مثلاً تابش قابل توجهی به پشت پنل برسد، تمام این تابش الزاماً به همان میزان به افزایش توان الکتریکی خروجی تبدیل نمیشود.

تفاوت اصلی پنل بایفشیال و مونوفشیال

تفاوت اصلی این دو فناوری را میتوان در نحوه استفاده از تابش خلاصه کرد:

آیا هر پنل دوطرفه‌ای الزاماً تولید بیشتری دارد؟

خیر. این یکی از مهم‌ترین نکاتی است که هنگام انتخاب پنل بایفشیال باید مورد توجه قرار گیرد. وجود قابلیت بایفشیال در یک ماژول به این معنی نیست که پنل در هر نوع پروژه‌ای مقدار قابل توجهی انرژی اضافی تولید خواهد کرد. اگر سطح پشت پنل تقریباً هیچ تابش قابل استفاده‌ای دریافت نکند، مزیت بایفشیال نیز محدود خواهد شد. برای مثال، اگر پنل بسیار نزدیک به یک سطح کم‌بازتاب نصب شده باشد یا سازه و تجهیزات اطراف آن بخش زیادی از تابش پشت پنل را مسدود کنند، شرایط برای استفاده از قابلیت دوطرفه پنل مناسب نخواهد بود.

در مقابل، در یک نیروگاه برق خورشیدی زمینی با طراحی مناسب، ارتفاع کافی پنل از سطح زمین، فاصله مناسب بین ردیف‌ها و سطحی با بازتابندگی بالاتر، امکان دریافت تابش بیشتری در پشت پنل فراهم میشود و در نتیجه ظرفیت استفاده از Bifacial Gain افزایش پیدا میکند. IEA PVPS نیز تأکید میکند که Bifacial Gain یک ویژگی صرفاً مربوط به خود ماژول نیست و باید با توجه به شرایط محیطی و طراحی هر سیستم به‌صورت جداگانه ارزیابی شود.

Bifacial Gain چیست؟

اصطلاح Bifacial Gain یا افزایش تولید ناشی از بایفشیال به انرژی اضافی تولیدشده توسط یک سیستم بایفشیال در مقایسه با یک سیستم مونوفشیال مشابه، تحت شرایط طراحی و جهت‌گیری قابل مقایسه، اشاره دارد. در تعریف سیستمی ارائه‌شده توسط Bifacial Gain و IEA PVPS به سهم انرژی تولیدشده از تابش دریافتی در پشت ماژول نسبت به انرژی تولیدشده از سطح جلویی مرتبط است. بنابراین مقدار آن مستقیماً به میزان و توزیع تابش روی سطح پشتی وابسته است. به همین دلیل، بیان جملاتی مانند پنل بایفشیال همیشه 20 تا 30 درصد بیشتر برق تولید میکند از نظر مهندسی صحیح نیست. میزان افزایش تولید باید برای هر پروژه به‌صورت جداگانه و بر اساس شرایط واقعی نصب، از جمله آلبدو سطح زمین، ارتفاع نصب، فاصله ردیف‌ها، زاویه نصب، سایه‌اندازی، نوع سازه و مشخصات خود پنل خورشیدی ارزیابی شود. مدل‌های فنی NREL نیز همین پارامترها را در محاسبه تابش سطح پشتی در نظر میگیرند.

چرا شرایط نصب در پنل بایفشیال اهمیت بیشتری دارد؟

در پنل خورشیدی مونوفشیال، بخش عمده عملکرد ماژول به تابش دریافتی از سطح جلو وابسته است؛ اما در یک سیستم بایفشیال، عملکرد سطح پشت نیز به هندسه کل آرایه و محیط اطراف آن وابسته میشود. به‌عنوان مثال، موارد زیر میتوانند بر میزان تابش دریافتی از پشت پنل تأثیر مستقیم داشته باشند:

• ضریب آلبدو سطح زمین: هرچه سطح اطراف بازتابندگی بیشتری داشته باشد، پتانسیل تابش پشت پنل نیز بیشتر میشود.
• ارتفاع پنل از سطح زمین: افزایش فاصله پنل از زمین میتواند میدان دید پشت ماژول نسبت به سطح اطراف را تغییر دهد.
• فاصله بین ردیف‌های پنل: فاصله مناسب بین ردیف‌ها میتواند دسترسی سطح پشت به تابش بازتاب‌شده را افزایش دهد.
• زاویه نصب پنل: زاویه ماژول بر هندسه دریافت تابش پشت پنل اثرگذار است.
• ساختار سازه نگهدارنده: ریل‌ها، تیرها و سایر اجزای سازه میتوانند بخشی از تابش پشت پنل را مسدود کنند.
• سایه‌اندازی ردیف‌های مجاور: سایه ایجادشده توسط ردیف‌های دیگر میتواند تابش پشت ماژول را کاهش دهد.
• نوع و وضعیت سطح زیر پنل: خاک، شن، بتن، پوشش‌های روشن و سطوح با بازتابندگی متفاوت، رفتار یکسانی ندارند.

NREL نیز در مدل‌سازی سیستم‌های بایفشیال، عواملی مانند آلبدو زمین، فاصله بین ردیف‌ها و ارتفاع پنل از زمین را از پارامترهای اصلی تعیین‌کننده تابش پشت ماژول معرفی میکند.

جمع‌بندی

پنل خورشیدی بایفشیال یک ماژول فتوولتائیک دوطرفه است که علاوه بر سطح جلویی، قابلیت استفاده از تابش دریافتی در سطح پشتی را نیز دارد. این ویژگی میتواند در شرایط مناسب باعث افزایش انرژی تولیدی نسبت به یک پنل خورشیدی مونوفشیال مشابه شود. با این حال، بایفشیال بودن پنل خورشیدی به‌تنهایی تضمین‌کننده افزایش قابل توجه تولید برق نیست. میزان بهره‌برداری از سطح پشتی به شرایط نصب و محیط اطراف پنل وابسته است و باید پارامترهایی مانند آلبدو، ارتفاع نصب، فاصله ردیف‌ها، زاویه نصب، سایه‌اندازی و مشخصات فنی پنل خورشیدی در طراحی سیستم مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین، انتخاب پنل خورشیدی بایفشیال باید بر اساس شرایط واقعی پروژه و تحلیل فنی و اقتصادی انجام شود، نه صرفاً بر اساس این تصور که پنل دوطرفه در هر شرایطی انرژی بیشتری تولید میکند.