هات اسپات (Hot Spot) در مناطقی با درجه حرارت بالا که تنها بخشی از پنل خورشیدی را تحت تأثیر قرار می دهند دیده می شود. داغ شدن موضعی سلول خورشیدی یا (Hot- spot Heating) زمانی رخ می دهد که تعداد زیادی سلول خورشیدی با هم سری شده باشند و یک سلول به دلایلی همچون؛ تفاوت های ناشی از ساخت سلول در کارخانه، افت کیفیت، سایه افتادن و درجه حرارت بالاتر جریان کمتری داشته باشد. در این حالت جریان کل مدار محدود به جریان حاصله از سلول معیوب است.
هات اسپات‌ها نتیجه کاهش کارایی در محدوده متمرکزی هستند که منجر به کاهش توان خروجی و تشدید افت کیفیت مواد در منطقه آسیب دیده می شود. پنل‌های خورشیدی انرژی قابل توجهی تولید می کنند و هنگامی که برخی از این انرژی در یک محدوده متمرکز تخلیه می شود، ممکن است پدیده Hot Spot رخ دهد. هات اسپات‌ها به ندرت پایدار هستند و معمولا تا خرابی کامل عملکرد پنل از لحاظ تولید برق و یا ایمنی ماژول افزایش می یابند.
مفهوم پدیده هات اسپات
قابلیت تولید جریان اضافی توسط سلول‌های سالم، باعث بایاس (نحوه وصل کردن منبع ولتاژ به دیود) مستقیم سلول‌های سالم شده و چون در حالت اتصال کوتاه، ولتاژ دو سر مدار برابر صفر است، سلول معیوب بایاس معکوس می‌شود. بایاس معکوس شدن سلول معیوب، موجب می‌شود این سلول از حالت تولید کننده خارج شده و به یک مصرف کننده تبدل شود که انرژی مصرفی در آن بصورت گرما تلف می‌شود.
در صورتی که تعداد سلول‌های سالم در مدار زیاد باشد، مقدار این ولتاژ معکوس در دو سر سلول معیوب بزرگ بوده و منجر به تلفات انرژی زیادی در آن خواهد شد. این تلفات شدید که در نقطه‌ای کوچک رخ می‌دهد منجر به داغ شدن موضعی پنل می‌شود که در اصطلاح به آن پدیده داغ شدن موضعی (هات اسپات) می‌گویند.داغ شدن موضعی موجب صدمات جبران ناپذیری از جمله شکستن یا ترک خوردن شیشه و یا سلول، ذوب شدن لحیم‌ها و اتصالات، و خرابی سلول می‌شود.
پدیده هات اسپات در آرایه‌های خورشیدی
در نیروگاه‌های فتوولتائیک آرایه‌های برزگ خورشیدی، از اتصال سری موازی تعداد زیادی سلول خورشیدی تشکیل می‌شوند. ترکیب سری و موازی سلول‌ها ممکن است باعث بروز مشکلاتی در آرایه شود. یکی از این مشکلات، بروز حالت مدار باز در یکی از رشته‌ها است.
در این حالت، جریان حاصله از جمع رشته‌ها در آن بلوک، از جریان سایر بلوک‌ها در آرایه کمتر می‌شود. این مسئله از نظر الکتریکی، مشابه وجود عدم تطابق درسلول‌های سری شده است؛ بنابراین حتی اگر مشخصات تمامی سلول‌ها یکسان بوده و هیچ گونه سایه‌ای روی قسمتی از سلول‌ها نیفتاده باشد، باز هم احتمال بروز عدم تطابق و پدیده داغ شدن موضعی در آرایه‌ها وجود دارد.
تأثیر هات اسپات بر حفاظت الکتریکی پنل های خورشیدی
عواقب ناشی از Hot Spot می‌تواند منجر به آتش‌سوزی‌های شدید و یا در اغلب موارد منجر به افزایش دمای پراکنده که منجر به کهنگی سریع مواد شود. همچنین پدیده Hot Spot می‌تواند منجر به یک اتصال کوتاه بین جلو و عقب سلول شده و تبدیل به حرارت بسیار شدید متمرکز شود. این نوع Hot Spot ممکن است باعث ذوب شدن صفحه پشتی و منجر به آتش سوزی شود.
عوامل ایجاد کننده پدیده هات اسپات
دلایل ظاهر شدن هات اسپات ها متعدد است و می توان آنها را به دو دسته عملکردی و عملیاتی تقسیم کرد:
– دلایل عملکردی که مربوط به فرآیند تولید پنل های خورشیدی می‌شود:
عدم تطابق سلول، که هنگامی اتفاق می افتد که سلول های با جریان مختلف به طور سری وصل می‌شوند. آسیب دیدن یا بی کیفیت بودن سلول خورشیدی، که می‌تواند در حین ساخت رخ دهد به دلیل اینکه سلول های سیلیکونی در هنگام نورد، جابجایی و حمل و نقل تحت فشار قرار می‌گیرند.
– دلایل عملیاتی هات اسپات ها که مربوط به طراحی و نصب پنل های خورشیدی است:
سایه های فصلی روی صفحات خورشیدی: به دلیل تفاوت زاویه تابش خورشید در فصول مختلف، شرکت نصب کننده ممکن است مایل به پذیرش شرایط سایه‌اندازی در زمستان جهت افزایش تولید برق در تابستان باشد. بنابراین سلول‌های ردیف پایین ماژول‌ها در زمستان هر روزه صبح و عصر دچار سایه‌اندازی می‌شوند. راه حل احتمالی، نصب پنل ها در جهت افقی است که به دیودهای بایپس اجازه می‌دهد در مواقع بحرانی جریان برق را هدایت و امکان تولید را فراهم کنند و آسیب به وسیله هات اسپات ها را نیز (حتی در زمستان) به حداقل برساند.
شرایط پشت بام: بام خانه ها ممکن است مناطقی باشد که سایه انداخته می شود. وقتی سلول های یک پنل خورشیدی با طراحی سیستم کاملاً سایه زده شوند، این می تواند به معنای عدم استفاده از دیودهای بایپس باشد، که باعث افزایش دما می‌شود و پنل را تخریب می کند. سایه انداختن جزئی به دلیل درختان یا پوشش گیاهی.
آلودگی و شن: پنل های فتوولتاییک می توانند در طول عمر خود با گرد و غبار، شن و ماسه معلق، خاک و غیره آلوده شوند. شرکت تعمیر و نگهداری شما باید با مراجعه دوره ای به نیروگاه، مکان هایی را که نیاز به تمیزکاری دارند، شناسایی کند. دفعات تمیز کردن عمدتا به آب و هوا ، شرایط زمین اطراف نیروگاه و همچنین اینکه در گوشه پنل های خورشیدی زهکشی وجود دارد یا نه بستگی دارد.
راه حل کنترل پدیده هات اسپات در پنل های خورشیدی
ساده‌ترین راه جهت کنترل این پدیده، اضافه کردن دیود بای پس به صورت موازی و با پلاریته مخالف به سلول خورشیدی می‌باشد. در حالت نرمال سلول بایاس مستقیم است در نتیجه دیود بای پس بایاس معکوس است و جریانی از آن نخواهد گذشت. اگر سلول به خاطر وجود عدم تطابق در جریان اتصال کوتاه، بایاس معکوس شود، دیود بای پس تحت بایاس مستقیم قرار می‌گیرد و جریان را هدایت می‌کند.
در نتیجه افت ولتاژ دو سر سلول معیوب فقط به اندازه ولتاژ دیود بوده و بدین ترتیب مانع اتلاف زیاد انرژی و وقوع پدیده داغ شدن موضعی خواهد شد. معمولا از یک دیود بای پس برای ۱۰ تا ۱۵ سلول استفاده خواهند نمود. به عنوان مثال برای یک پنل با ۳۶ سلول، ۳ عدد و گاهی ۲ عدد دیود بای پس کار گذاشته می‌شود.
الزاما تمامی سازندگان از دیود بای پس استفاده نمی‌کنند. در این صورت، باید مراقب بود تا پنل به مدت طولانی تحت شرایط اتصال کوتاه قرار نگیرد و نیز از سایه افتادن ساختمانها، درختان و یا پنل های دیگر بر روی آن جلوگیری به عمل آورد.
دیودهای بای پس (Bypass) برای برش یک سلسله‌ی کم کارایی از سلول‌ها طراحی شده‌اند تا تولید برق را از بقیه پنل‌ها تضمین کنند. تجربه نشان داده که در بعضی از موارد دیودهای بایپس به درستی عمل نمی‌کنند.شرایط Hot Spot در یک نیروگاه خورشیدی بسیار نامطلوب بوده و معمولاً با اتلاف انرژی هزینه بالاتری به سرمایه‌گذار تحمیل می‌کند.
برخی از Hot Spotها قابل تعمیر می‌باشند، اما در اکثر موارد بعنوان آسیب برگشت ناپذیر به پنل است.وجود Hot Spot بر کیفیت ماژول تأثیر نامطلوب گذاشته و در نهایت می‌توانند تا اندازه‌ای آنها را تخریب کنند که نه تنها توان پنل را کاهش می‌دهد، بلکه مهمتر از همه، ایمنی پنل به خطر می‌افتد.
موقعیت‌های Hot Spot باید شناسایی شود و با از بین بردن شرایط سایه‌اندازی و یا اجرای چرخه‌ی تمیز کردن، احتمال پدیده Hot Spot را کاهش دهید.
مواد با بالاترین ثبات حرارتی را انتخاب کنید تا موقعیت‌های Hot Spot خفیف ناشی از سایه اندازی و یا کثیفی جزئی موجب آسیب فوری به پنل نشود.
برای مشاهده مقالات و پروژه های بیشتر ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.
