Hot Spots مناطقی با درجه حرارت بالا هستند که تنها بخشی از پنل خورشیدی را تحت تأثیر قرار می دهند. 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.

دلایل اصلی Hot Spot

دلایل متعددی برای ایجاد Hot Spot وجود دارد و می توانند درونی یا خارجی باشند. دلایل درونی را می‌توان به دو بخش تقسیم کرد:

•  عدم تناسب جریان سلول زمانی اتفاق می افتد که سلول‌های سری، تولید جریان متفاوتی داشته باشند.
• آسیب سلولی می تواند در طول فرآیند تولید رخ دهد، این امر بدلیل تحت فشار قرار گرفتن سلول سیلیکونی در طی عملیات لمینیت، کنترل و حمل و نقل می‌باشد.

دلایل خارجی برای ایجاد Hot Spot مربوط به طراحی و عملکرد است و می تواند شامل موارد زیر باشد:

سایه زمستانی

یک شرکت EPC (مهندسی، تهیه، ساخت و اجرا) 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. نصب پنل‌ها در جهت افقی به دیود های بایپس (Bypass Diode) و کاهش این امر کمک می‌کنند.

شرایط پشت بام

پشت بام‌ها می توانند چالش هایی را به وجود آورند. هنگامی که سلول ها به طور کامل سایه زده شده اند، ممکن است کارآیی دیود Bypass را کاهش داده و منجر به افزایش دما شود که پنل را دچار افت کیفیت می‌کند. همچنین سایه های جزئی به دلیل وجود درختان یا پوشش گیاهی بلند باید کنترل شوند.

خاکی/کثیف شدن

پنل ها می توانند به دلیل گرد و غبار، خاک و سایر آلاینده ها در طول عمر خود کثیف شوند. میزان تکرار تمیز کردن و شستشوی سطح ماژول‌ها به شدت وابسته به شرایط آب و هوایی و زمین اطراف نیروگاه می‌باشد.

کثیف شدن می تواند اثرات قابل توجهی را بر روی ایمن‌سازی و عملکرد ماژول‌ها داشته باشد.

درجه حرارت بالا می تواند تخریب صفحات پشتی ماژول (Backsheet) را شدت بخشد

پدیده هات اسپات ممکن است نتیجه گرمای زیاد باشد، به ویژه هنگامی که در مناطق گرم و خشک و در معرض کثیفی و گرد و غبار قرار می‌گیرد رخ دهد. نقاط داغ، ناشی از سلول‌های با کارآیی کم هستند. سلول در معرض گرد و غبار، جریان تولید شده توسط رشته را تخریب می‌کند و مثل یک مقاومت عمل می‌کند و جریان را به گرما تبدیل می‌کند. دمای بالاتر منتج شده از سلول (گرما) باعث می‌شود مکانیزم های کهنگی مواد مجاور، به ویژه کپسولاتور و صفحه پشتی را افزایش دهد.

مثال هایی از صفحه های آسیب دیده توسط نقاط داغ در اشکال زیر نشان داده شده است. یک صفحه سه لایه که از PVF / پلی استر / PVF تشکیل شده است.

ممکن است سایه اندازی جزئی سلول توسط شن و ماسه، شرایط نقطه داغ تا 100 درجه سانتی گراد (50 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای عملیاتی طبیعی) را ایجاد کند.

تأثیر Hot Spot بر حفاظت الکتریکی پنل

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 تشکیل دهنده صفحه کپسولاتور می‌شود. 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.

دیود Bypass برای مقابله با  Hot Spot

دیودهای Bypass برای برش یک سلسله‌ی کم کارایی از سلول ها 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.

نتیجه

• شرایط Hot Spot در یک نیروگاه خورشیدی بسیار نامطلوب بوده و معمولاً با اتلاف انرژی و هزینه بالاتری از هزینه (LCOE) برای سرمایه‌گذار مرتبط است.

•  برخی از Hot Spot ها می توانند تعمیر شوند، 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 می افتد.

• مهم است که موقعیت‌های Hot Spot را شناسایی کرده و یا با از بین بردن شرایط سایه‌اندازی جزئی و یا اجرای چرخه ی تمیز کردن، احتمال پدیده Hot Spot را کاهش دهید.

• مواد با بالاترین ثبات حرارتی را انتخاب کنید. در نتیجه موقعیت های Hot Spot خفیف ناشی از سایه اندازی و یا کثیفی جزئی نباید موجب آسیب فوری به پنل شوند.

ماژول‌های خورشیدی هوشمند Hot-Spot Free

رادمان پاک انرژی، نماینده رسمی محصولات AE SOLAR آلمان در ایران، ماژول‌های خورشیدی هوشمند Hot-Spot Free محصول AE SOLAR آلمان را در انواع مونوکریستالین و پلی کریستالین، متشکل از 60 و 72 سلول خورشیدی با توان خروجی در محدوده 255-350 وات ارائه می کند. این ماژول‌ها بسته به شرایط محیطی قابلیت ۳۰٪ توان تولیدی بیشتر را نیز دارند. 

در فناوری هوشمند ماژول های AE، هر سلول با یک دیود (ByPass Diode) منحصر به فرد محافظت میشود. زمانی که جریان یک سلول با جریان کل شبکه تطابق نداشته باشد، به این معنا که سلول، ولتاژ عکس با اندازه بیش از ۰/۶ ولت داشته باشد، دیود به صورت خودکار فعال میشود و بنابراین بقیه سلولها تحت تأثیر قطعی جریان قرار نمیگیرند. در نتیجه سلول حرارت دیده انرژی کمتری مصرف میکند و در نتیجه گرمای کمتری تولید میشود.

آزمایش IEC 61215 نشان میدهد که هات اسپات از دمای ۸۵ درجه سانتی گراد که حداکثر دمای عملکرد سلول میباشد، تجاوز نمیکند. دمای کمتر ماژول های Hot-Spot Free، افت کیفیت ناشی از حرارت صفحات پشت ماژول را کاهش داده و در نتیجه طول عمر را افزایش میدهد.

زمانی که چندین سلول تحت تأثیر سایه قرار میگیرند، یک ماژول AE Hot-Spot Free بسته به نوع سایه اندازی میتواند تا ۸۰٪ توان تولیدی بیشتری نسبت به یک ماژول عادی داشته باشد. علاوه بر این، پدیده افت کیفیت در طول زمان و احتمال خطرات ناشی از Hot-Spot مانند آتش سوزی کاهش می یابد.

برای درک بهتر از تفاوت توان خروجی بین یک ماژول خورشیدی هوشمند AE Hot-Spot Free و یک ماژول استاندارد تحت تاثیر شرایط سایه اندازی، این ویدیو را تماشا کنید.