سازه پنل خورشیدی
تاثیر پنل‌های دوطرفه (Bifacial) بر طراحی استراکچر پنل خورشیدی
آبان
تحول در فناوری سلول‌های خورشیدی باعث پیدایش نسل جدیدی از پنل‌ها به نام پنل‌های دوطرفه (Bifacial) شده است.
این پنل‌ها قادرند نور مستقیم از سمت جلو و نور بازتاب‌شده از زمین را از سمت پشت جذب کرده و برق بیشتری تولید کنند.
با این حال، بهره‌گیری از پتانسیل واقعی آن‌ها تنها زمانی ممکن است که طراحی استراکچر مخصوص پنل خورشیدی دوطرفه بهینه باشد.
در این مقاله بررسی می‌کنیم که چگونه نوع استراکچر پنل خورشیدی، جنس، زاویه و ارتفاع نصب می‌تواند بر عملکرد پنل‌های Bifacial تأثیر بگذارد.
۱. آشنایی با پنل‌های دوطرفه (Bifacial Solar Panels)
پنل‌های Bifacial از سلول‌های PERC، N-Type یا HJT تشکیل می‌شوند که هر دو سمت آن‌ها شفاف بوده و در یک قاب شیشه‌ای-شیشه‌ای قرار دارند.
ویژگی‌های اصلی:
-
جذب نور از هر دو سمت (Front + Rear).
-
بازده بالاتر در محیط‌های با انعکاس زیاد (برف، شن، سطح سفید).
-
عمر مفید بیشتر به‌دلیل استفاده از شیشه در هر دو طرف.
-
سازگار با ردیاب‌های خورشیدی (Solar Trackers).
۲. تفاوت نیازهای مکانیکی بین پنل‌های معمولی و دوطرفه
| ویژگی | پنل یک‌طرفه | پنل دوطرفه |
|---|---|---|
| نوع قاب | پشت تیره و مات | پشت شیشه‌ای شفاف |
| وزن | سبک‌تر | سنگین‌تر (۵–۸٪ بیشتر) |
| نیاز به تهویه | کمتر | بیشتر برای کاهش دما |
| حساسیت به سایه | متوسط | بسیار بالا (حتی از زیر) |
| زاویه نصب | تابع تابش مستقیم | تابع تابش مستقیم و بازتابی |
🔹 نتیجه: استراکچر پنل دوطرفه باید باز و انعکاسی طراحی شود تا نور از زیر پنل هم به سطح پشتی برسد.
۳. استراکچر مخصوص پنل خورشیدی دوطرفه — ویژگی‌ها و اصول طراحی
۳.۱. فاصله و ارتفاع از زمین
ارتفاع مؤثر از زمین بین ۸۰ تا ۱۲۰ سانتی‌متر برای پنل‌های Bifacial توصیه می‌شود تا نور بازتابی به‌طور مؤثر به پشت پنل برسد.
افزایش بیش از حد ارتفاع موجب افزایش هزینه فونداسیون و نیروی باد می‌شود، بنابراین باید تحلیل ساختاری دقیق انجام شود.
نکته مهندسی:
افزایش ارتفاع ۳۰ سانتی‌متری می‌تواند تا ۸٪ افزایش توان خروجی ایجاد کند.
۳.۲. زاویه نصب (Tilt Angle)
زاویه مناسب برای پنل‌های دوطرفه معمولاً ۵ تا ۱۰ درجه بیشتر از زاویه پنل‌های معمولی است.
این امر باعث می‌شود بازتاب از سطح زمین به‌صورت مؤثرتری به پشت پنل برسد.
| منطقه | زاویه معمول (Monofacial) | زاویه پیشنهادی (Bifacial) |
|---|---|---|
| مرکز ایران | ۲۵° | ۳۰–۳۵° |
| شمال ایران | ۲۰° | ۲۵° |
| جنوب ایران | ۱۵° | ۲۰° |
۳.۳. طراحی قاب و تیرهای نگهدارنده
-
استفاده از پروفیل‌های باریک و با حداقل سطح سایه‌انداز.
-
فاصله میان تیرها (Rafter Spacing) باید طوری باشد که پشت پنل حداقل ۸۰٪ باز بماند.
-
به‌جای قاب‌های بسته قوطی، از پروفیل‌های C و Z باز استفاده شود.
-
اتصال با پیچ و مهره ضدزنگ (Stainless Steel 304) جهت دوام و جلوگیری از لکه در سطح شیشه.
۳.۴. جنس سطح زمین (Albedo Surface)
بازتاب نور از سطح زمین، عامل کلیدی در بهره‌وری پنل دوطرفه است.
این خاصیت با ضریب آلبدو (Albedo) اندازه‌گیری می‌شود.
| نوع سطح | ضریب آلبدو (%) | توضیح |
|---|---|---|
| شن سفید یا سنگ آهک | ۴۰–۶۰ | ایده‌آل برای Bifacial |
| بتن یا خاک روشن | ۲۰–۳۰ | مناسب |
| خاک تیره یا آسفالت | ۵–۱۵ | نامناسب |
| برف تازه | ۷۰–۸۰ | عالی (مناطق سردسیر) |
در طراحی استراکچر مخصوص، بهتر است زیر پنل‌ها از پوشش ژئوتکستایل سفید یا گرانول روشن استفاده شود تا بازتاب افزایش یابد.
۴. انواع استراکچر مخصوص پنل خورشیدی دوطرفه
| نوع استراکچر | مزایا | محدودیت‌ها | کاربرد |
|---|---|---|---|
| ثابت با زاویه ثابت (Fixed-Tilt Bifacial) | ساده، ارزان، نصب سریع | بازده کمتر در زمستان | نیروگاه‌های ۵–۲۰ مگاوات |
| ردیاب تک‌محور (Single-Axis Tracker) | افزایش تولید تا ۲۵٪ | هزینه و نگهداری بیشتر | نیروگاه‌های بزرگ در مناطق خشک |
| ردیاب دو‌محور (Dual-Axis Tracker) | بیشترین تولید انرژی | هزینه بسیار بالا | پروژه‌های تحقیقاتی یا خاص |
| استراکچر ماژولار آلومینیومی | سبک، مقاوم به خوردگی | قیمت بالاتر | سیستم‌های سقفی یا تجاری |
۵. تأثیر طراحی استراکچر بر بازده انرژی
مثال عددی:
در یک نیروگاه خورشیدی ۱ مگاواتی در کرمان با پنل‌های Bifacial:
-
افزایش ارتفاع از ۰٫۸ متر به ۱٫۲ متر
-
استفاده از سطح سفید زیر پنل‌ها
-
کاهش تیرهای سایه‌انداز
👉 منجر به افزایش تولید سالانه از ۱,۸۰۰ مگاوات‌ساعت به ۲,۱۰۰ مگاوات‌ساعت (معادل +۱۶٪) شده است.
۶. چالش‌های مکانیکی و خوردگی در استراکچرهای مخصوص پنل دوطرفه
-
وزن بیشتر پنل‌ها (۵ تا ۸٪) → نیاز به پروفیل مقاوم‌تر
-
حساسیت به سایه از پشت → طراحی باز و بدون قاب بسته
-
تابش دوطرفه → افزایش دمای موضعی در سطح فلز (Hot Spot)
-
افزایش خطر خوردگی در رطوبت بالا → نیاز به پوشش گالوانیزه گرم با ضخامت ≥۸۰μm
پیشنهاد فنی:
استفاده از استراکچر فولادی گالوانیزه با طراحی تهویه باز بهترین گزینه برای دوام و بازدهی هم‌زمان است.
۷. مقایسه اقتصادی: پنل دوطرفه با استراکچر مخصوص vs پنل معمولی
| پارامتر | سیستم معمولی | سیستم دوطرفه |
|---|---|---|
| هزینه استراکچر | ۱۰۰٪ | ۱۲۰٪ |
| هزینه کل پروژه | ۱۰۰٪ | ۱۱۰٪ |
| افزایش تولید انرژی | — | ۱۵–۳۰٪ |
| بازگشت سرمایه (ROI) | ۵–۶ سال | ۴–۵ سال |
| طول عمر مؤثر | ۲۵ سال | ۳۰ سال |
🔹 با وجود افزایش اندک در هزینه استراکچر، تولید بیشتر برق باعث کاهش دوره بازگشت سرمایه می‌شود.
۸. الزامات استاندارد طراحی
-
IEC TS 60904-1-2: روش‌های اندازه‌گیری توان در پنل‌های دوطرفه
-
UL 61730: ایمنی و مقاومت مکانیکی استراکچرها
-
ISO 1461: گالوانیزه گرم برای قطعات فولادی
-
IEC 62817: طراحی ردیاب‌های خورشیدی مناسب برای پنل Bifacial
۹. کاربردهای عملی و طراحی بهینه توسط اورهان صنعت
شرکت اورهان صنعت با تکیه بر تجربه در طراحی استراکچرهای نیروگاهی، نسخه‌ی اختصاصی استراکچر مخصوص پنل خورشیدی دوطرفه را توسعه داده است که ویژگی‌های زیر را دارد:
-
طراحی باز با حداقل سطح سایه‌انداز
-
ارتفاع قابل تنظیم (۸۰ تا ۱۲۰ سانتی‌متر)
-
قابلیت نصب بر روی فونداسیون کوبشی یا پیچ‌زمینی
-
استفاده از فولاد گالوانیزه گرم و اتصالات ضدزنگ
-
سازگار با سیستم‌های ردیاب (Tracker Ready)
📈 نتیجه: افزایش تولید سالانه تا ۱۸٪ و کاهش هزینه نگهداری تا ۳۰٪.
۱۰. جمع‌بندی
تأثیر پنل‌های دوطرفه بر طراحی استراکچر، انقلابی در مهندسی نیروگاه‌های خورشیدی ایجاد کرده است.
درک صحیح از نور بازتابی، ارتفاع مؤثر، زاویه نصب و جنس سطح زمین، کلید بهره‌گیری کامل از این فناوری است.
به بیان ساده:
«هر پنل دوطرفه، بدون استراکچر مخصوص، تنها یک پنل معمولی با هزینه بیشتر است.»
بنابراین طراحی دقیق استراکچر مخصوص پنل خورشیدی دوطرفه نقشی حیاتی در موفقیت پروژه‌های نسل جدید انرژی خورشیدی دارد.
