در طراحی نیروگاههای خورشیدی، انتخاب محل نصب و زاویه قرارگیری پنلها اهمیت بالایی دارد. جهتگیری پنلها نسبت به مسیر حرکت خورشید، عامل اصلی در دستیابی به بیشترین میزان انرژی الکتریکی است. در نیمکره شمالی، جنوب به عنوان جهت مرجع شناخته میشود. در ادامه، معیارهای اصلی جانمایی پنلهای خورشیدی بر اساس جهتگیری نسبت به جنوب بررسی میشود.
برای دستیابی به حداکثر تولید انرژی سالانه در نیمکره شمالی، پنلهای خورشیدی باید مستقیماً به سمت جنوب جغرافیایی (True South) نصب شوند. این جهتگیری، مسیر حرکت خورشید را در طول روزهای سال به بهترین شکل رصد میکند. با این حال، باید توجه داشت که جنوب مغناطیسی و جنوب جغرافیایی با یکدیگر متفاوت هستند.
استفاده از قطبنما در محل نصب نیازمند اصلاح انحراف مغناطیسی است تا جهتگیری دقیقاً به سمت جنوب جغرافیایی باشد و حداکثر تابش حاصل شود. علاوه بر این، نقش طول و عرض جغرافیایی نیز در تعیین جهت دقیق، حائز اهمیت است؛ زیرا موقعیت مکانی نیروگاه، مستقیماً زاویه بهینه برای دریافت بیشترین تابش در طول سال را تعیین میکند.
بر اساس یافتههای مقالهای با عنوان «تأثیر تقارن هندسی زمین بر طراحی نیروگاههای خورشیدی» در وبسایت دکتر سولار، ویژگیهای توپوگرافی زمین، از جمله شیب، جهت و شکل هندسی محل نصب، میتوانند بهطور مستقیم بر آرایش پنلها، زاویه ردیفها و بازده نهایی نیروگاه تأثیرگذار باشند.
زاویه انحراف (Azimuth)، میزان چرخش پنل را نسبت به جهت جنوب جغرافیایی (که معمولاً به عنوان زاویه صفر درجه تعریف میشود) مشخص میکند. گرچه هدف همیشه صفر کردن این زاویه است، اما محدودیتهای محل نصب ممکن است انحراف کوچکی را تحمیل کند.
مطالعات بینالمللی مانند مقالهٔ «Calculating Your Optimal Azimuth Angle» در وبسایت Greentech Renewables، نشان دادهاند که تغییرات کوچک در زاویه آزیماوث میتواند تفاوت چشمگیری در بازده نهایی نیروگاه ایجاد کند؛ بهویژه زمانی که آرایهها بهجای جنوب، به سمت شرق یا غرب متمایل میشوند.
• محدوده قابلقبول انحراف: در پروژههای صنعتی، معمولاً انحراف از جنوب در محدوده ±۱۰ تا ±۱۵ درجه قابل تحمل است. انحراف بیشتر از این محدوده، منجر به کاهش محسوس بازده انرژی میشود.
• کاهش بازدهی در انحراف بیش از محدوده استاندارد: مطالعات نشان میدهند که هر یک درجه انحراف از جنوب میتواند تا ۰.۵% از انرژی سالانه تولیدی را کاهش دهد، که در نیروگاههای بزرگ، این درصدها مستقیماً به زیان اقتصادی تبدیل میشوند.
زاویه شیب یا ارتفاع پنل از سطح افق، دومین متغیر مهم در بهینهسازی تابش است. موفقیت در طراحی، نیازمند تنظیم همزمان شیب و جهت برای حداکثر تابش است.در مقاله «تأثیر شیب و جهت زمین بر راندمان پنلهای خورشیدی» در وبسایت دکتر سولار، به نقش حیاتی شیب و جهت زمین در عملکرد پنلها اشاره شده است؛ جایی که تغییرات جزئی در زاویه نصب میتواند تعادل میان تولید تابستانی و زمستانی را تعیین کند.
• زاویه بهینه بر اساس عرض جغرافیایی محل: بهطور معمول، زاویه بهینه شیب پنلها برای بهینهسازی تولید انرژی سالانه، نزدیک به عرض جغرافیایی محل نصب انتخاب میشود.
• تأثیر فصلی و تغییرات تابش سالانه: زاویه خورشید در طول سال تغییر میکند. در حالت ایدهآل (مگر در سیستمهای ردیاب)، زاویهای انتخاب میشود که توازن مناسبی بین تولید تابستان و زمستان ایجاد کند.
حتی اگر جهت و شیب پنلها کاملاً بهینه باشد، اثر سایهاندازی و موانع محیطی میتواند کل تولید انرژی را مختل کند. اهمیت نبود سایه در مسیر جنوب حیاتی است، چرا که سایه اندک روی یک سلول میتواند تولید کل رشته (String) پنلها را بهطور قابل توجهی کاهش دهد.
• تحلیل موانع طبیعی و مصنوعی: شناسایی و بررسی دقیق موانع محتمل در مسیر تابش خورشید از جمله کوهها، درختان و ساختمانهای مجاور برای جلوگیری از سایهاندازی ضروری است. با تعیین دقیق ارتفاع و فاصله موانع نسبت به پنلها، میتوان زاویه دید جنوب را محاسبه کرد و اطمینان حاصل نمود که پنلها در ساعات اوج تابش در سایه قرار نگیرند.
تصمیمگیری در مورد جهتگیری پنلها صرفاً یک مسئله فنی نیست، بلکه یک تصمیم اقتصادی است. انتخاب زاویه بهینه پنلها میتواند تأثیر مستقیم بر بازدهی انرژی و سوددهی سرمایهگذاری داشته باشد.
• مقایسه هزینه اصلاح جانمایی با کاهش تولید انرژی: مدیران پروژه باید هزینه مهندسی و اصلاح جانمایی یا ساختار نصب برای رسیدن به جنوب واقعی را با کاهش درآمد ناشی از انحراف (که به ۰.۵% به ازای هر درجه میرسد) مقایسه کنند.
• مدلسازی مالی بازدهی بر اساس زاویه انحراف: با استفاده از مدلسازی مالی که درآمد سالانه تولیدی را بر اساس زاویه انحراف پیشبینی میکند، میتوان اقتصادیترین زاویه نصب را انتخاب کرد.
• استفاده از نرمافزارهای شبیهسازی: نرمافزارهای تخصصی مانند PV*SOL و PVsyst ابزارهای ضروری در این فرآیند هستند. این نرمافزارها امکان مدلسازی سهبعدی محیط و مسیر تابش را فراهم میکنند و میتوانند تلفات ناشی از انحراف از جنوب و سایهاندازی را با دقت بالا پیشبینی کنند.
رعایت استانداردها و دستورالعملهای فنی نهتنها موجب حفظ ایمنی و طول عمر سیستم را میشود، بلکه از بروز خسارات مالی و کاهش راندمان نیروگاه نیز جلوگیری میکند.
• الزامات IEC در طراحی آرایههای خورشیدی: رعایت استانداردهای بینالمللی کمیسیون الکتروتکنیکی بینالمللی (IEC) در طراحی آرایهها برای تضمین عملکرد ایمن و بازده بالا حیاتی است.
• دستورالعملهای وزارت نیرو و ساتبا در کشور: طراحان باید بهطور کامل از دستورالعملهای محلی و مقررات ساتبا (سازمان انرژیهای تجدیدپذیر و بهرهوری برق ایران) آگاهی داشته باشند تا طراحی و نصب پنلها مطابق با قوانین ملی هدایت شود.
• تطبیق با مقررات محلی و شرایط توپوگرافی: انطباق طراحی با شرایط زمینشناسی (توپوگرافی) و قوانین ساخت و ساز محلی، به طول عمر مفید و ایمنی فیزیکی پروژه کمک میکند.
جهتگیری دقیق پنلهای خورشیدی نسبت به جنوب، عامل تعیینکنندهای در بهرهوری نیروگاههای فتوولتائیک است. انتخاب جنوب واقعی جغرافیایی، تنظیم زاویه شیب مطابق عرض جغرافیایی، و جلوگیری از سایهاندازی، سه مولفه اصلی در طراحی بهینه محسوب میشوند. حتی انحراف اندک از جنوب میتواند بازده انرژی را کاهش دهد و در نیروگاههای بزرگ اثر اقتصادی قابل توجهی داشته باشد.
علاوه بر ملاحظات فنی، تصمیمگیری در مورد جانمایی پنلها یک مسئله اقتصادی نیز هست. استفاده از نرمافزارهای شبیهسازی مانند PV*SOL و PVsyst امکان پیشبینی دقیق مسیر تابش و اثر سایهها را فراهم میکند و به انتخاب زاویه بهینه با کمترین زیان اقتصادی کمک میکند. همچنین رعایت استانداردها و دستورالعملهای بینالمللی و ملی شامل IEC و مقررات ساتبا، موجب حفظ ایمنی، طول عمر و راندمان سیستم خورشیدی میشود.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی 
خبرهای مرتبط