سیستم PV یکپارچه با بالن با فیلم 19% کارآمد خروجی را در عرض‌های بالا افزایش می‌دهد
یک تیم محققان در چین یک سیستم فتوولتائیک قابل حمل که بر روی بالن نصب شده است، توسعه داده‌اند و راه‌حل عملی برای تولید برق اضطراری خورشیدی در مناطق با عرض جغرافیایی متوسط تا بالا ارائه می‌دهند.
در یک مطالعه جدید، قابلیت فتوولتائیک 10,000 سیستم‌های فتوولتائیک یکپارچه با بالن (BIPVS) در عرض‌های جغرافیایی مختلف ارزیابی شد.
به گفته محققان، BIPVSها در عرض‌های جغرافیایی بالا میانگین خروجی بیشتری در طول ماه‌های کاری مؤثر نشان دادند. در طول عمر خود، BIPVSها در شهرهای منتخب می‌توانند 480–700 گیگاوات ساعت برق تولید کنند.
همچنین، این سیستم‌ها به کاهش انتشار CO2 به میزان 696 گرم در هر کیلووات ساعت برق تولید شده کمک می‌کنند که نشان‌دهنده مزایای زیست‌محیطی آن‌ها است.
غلبه بر چالش‌های PV
با افزایش دمای جهانی، مفاهیم خنثی‌سازی کربن و بدون انتشار به توجه قابل‌ملاحظه‌ای دست یافته‌اند. انرژی خورشیدی به عنوان بیشترین، دوست‌دار محیط زیست، به طور گسترده توزیع شده و منبع قدرت مقرون به صرفه، روز به روز حائز اهمیت‌تر می‌شود.
در سال 2021، تولید جهانی انرژی خورشیدی PV با افزایش 179 تراوات ساعت، 22 درصد بیش از سال قبل افزایش یافت. این امر به طور کلی تولید خورشیدی را به بیش از 1000 تراوات ساعت رسانده که اکنون 3.6 درصد از قدرت جهانی را تشکیل می‌دهد، کنار انرژی برق آبی و بادی.
به گفته محققان، ترکیب PV خورشیدی با فناوری‌های ردیابی، خودپاک‌کنندگی، تمرکز و یکپارچه‌سازی ساختمان در افزایش عملکرد PV و بهینه‌سازی استفاده از انرژی خورشیدی مؤثر بوده است. با این حال، چالش‌های زیادی در طراحی و نصب سیستم‌های PV باقی مانده است، از جمله استفاده بیش از حد از زمین، تطبیق‌پذیری جغرافیایی و سایه‌اندازی از ساختمان‌ها یا گیاهان.
سیستم‌های PV به طور کلی به دو دسته متمرکز و توزیع شده تقسیم می‌شوند. سیستم‌های متمرکز معمولاً در مناطق دورافتاده نصب می‌شوند اما با مشکلاتی چون از دست دادن قدرت و هزینه‌های بالای انتقال مواجه می‌شوند.
سیستم‌های PV توزیع شده، با این حال، انعطاف‌پذیری، کاهش از دست دادن انتقال و مزایای حفظ زمین را ارائه می‌دهند. سیستم‌های توزیع شده ثابت، مانند PVهای سقف یا یکپارچه با ساختمان، نیاز به طرح‌های ویژه برای تطابق با ساختارهای خاص دارند که منجر به هزینه‌های بالاتر و زمان نصب طولانی‌تر می‌شود.
سیستم‌های PV توزیع شده انعطاف‌پذیر با قابلیت حمل، تطبیق‌پذیری و سهولت استفاده، برای مناطقی که سیستم‌های ثابت عملی نیستند، ایده‌آل هستند.
افزایش کارایی خورشیدی
اقلیم ، فصل و موقعیت جغرافیایی به طور قابل توجهی بر تابش خورشیدی و دوره نور خورشید تأثیر می‌گذارند، به ویژه در مناطق با عرض‌های جغرافیایی بالا مانند شمال اروپا که شرایط زمستانی می‌تواند عملکرد سیستم‌های PV را مختل کند.
سیستم‌های PV ثابت برای این مناطق کمتر مناسب‌اند، اما سیستم انعطاف‌پذیر با مقیاس کوچک و کاربردهای متنوع، برای ادغام با طراحی پرتابل و فناوری‌های تمرکزی مناسب‌تر است.
BIPVS جدید شامل یک بادکنک سفارشی، سلول‌های خورشیدی فیلم نازک تلورید کادمیوم (CdTe) 19 درصد کارآمد، یک شیر اگزوز، ماژول‌های کنترل و ذخیره‌سازی، طناب‌های ثابت، قرقره طناب و سطح‌های قوس بالا و پایین است.
نیم‌کره بالا از ماده شفاف ساخته شده و تابش خورشیدی را از همه جهت‌ها جذب کرده و به خاطر خواص انکساری خود، اثرات متمرکزی نور دارد. بر اساس گزارش مجله PV، سطح قوس پایین نصب سلول‌های خورشیدی را به حداقل رسانده بدون اینکه کارایی جذب نور کاهش پیدا کند.
سلول‌های خورشیدی در زیر بالن قرار دارند تا از گرد و غبار، برف و تگرگ محافظت شوند. شیر اگزوز برای مدیریت فشار ناشی از تابش خورشید، تخلیه گاز را کنترل می‌کند. ماژول‌های کنترل و ذخیره‌سازی وظایف تبدیل برق، ذخیره‌سازی، نظارت و محافظت را انجام می‌دهند. سیستم با چهار کابل و یک طناب ثابت که بالن را به ماژول کنترل و قرقره طناب روی زمین وصل می‌کنند، پایدار است.
شبیه‌سازی‌هایی برای تحلیل عملکرد سیستم در پنج مکان انجام شد: وسترش، سوئد؛ ونکوور، کانادا؛ نیویورک، ایالات متحده؛ و شانگهای و هنگ کنگ، چین. آثار سایه‌اندازی لحاظ نشد زیرا فرض شد که سیستم در ارتفاعات پایین نصب می‌شود.
بر اساس گزارش مجله PV ، محققان ادعا می‌کنند که BIPVSها میانگین قدرت ماهانه از 3.337 تا 4.275 گیگاوات ساعت در طول ماه‌های مؤثر تولید می‌کنند. در طول عمرشان، آن‌ها 479.492 تا 708.334 گیگاوات ساعت تولید می‌کنند، با سودی بین 12.946 میلیون دلار تا 107.369 میلیون دلار و بازگشت سرمایه بین 35.5 تا 294.8 درصد.
جزئیات تحقیقات تیم در مجله Energy منتشر شد.
