Güneş enerjisi soğuk bölgelerde kullanıma uygun mudur?

Soğuk Sıcaklıkların Güneş Paneli Verimliliğini Nasıl Artırdığı

Sıcaklık Katsayılarının Bilimi ve Güneş Paneli Performansı

Dışarıdaki hava soğuduğunda güneş panelleri aslında negatif sıcaklık katsayısı adı verilen bir şey nedeniyle daha iyi çalışır. Bu katsayı, sıcaklığın santigrat derece başına düşüşüyle güç çıkışının ne kadar değiştiğinin bir göstergesidir. Çoğu standart güneş paneli, sıcaklık her bir derece düştüğünde yaklaşık -0,3% ile -0,5% arasında bir katsayıya sahiptir ve bu yüzden sıcaklık 25°C (yaklaşık 77°F) olan standart test noktasının altına düştüğünde performansları belirgin şekilde artar. Bunun ardındaki bilim de oldukça ilginçtir. Daha düşük sıcaklıklarda, panellerin içindeki yarı iletken malzemelerde elektronların hareket etmesine karşı direnç daha az olur. Bu da fotovoltaik hücrelerin yol boyunca çok fazla enerji kaybetmeden güneş ışığını daha verimli bir şekilde elektriğe dönüştürmesini sağlar.

Soğuk İklimler Neden Fotovoltaik Sistemlerde Voltaj Çıkışını Artırır

Güneş panelleri aslında soğuk havalarda daha iyi çalışır çünkü içindeki malzemeler o kadar ısınmaz ve bu da daha fazla voltaj üretmeleri anlamına gelir. Elektriği ileten kabloların da hava serin olduğunda direnci daha düşüktür. Sıcaklık 25 santigrat derecenin altına düştüğünde, her bir derece düşüş, sıcaklık katsayısı olarak bilinene göre güneş panellerinin kaybedilen verimliliklerinin bir kısmını geri kazanmasına yardımcı olur. Bu durum, kış aylarında eksi 20 santigrat dereceye veya daha düşük seviyelere inen bölgelerde gerçek fark yaratır. Dondurucu iklimlerde güneş panellerinin performansını inceleyen araştırmalar, tüm bu faktörlerin bir araya gelmesiyle aynı miktarda güneş alan daha sıcak bölgelerdeki benzer kurulumlara kıyasla enerji üretiminde %12 ila %15 oranında artış sağlanabileceğini göstermektedir.

Düşük Sıcaklık Ortamlarında N Tipi Güneş Panellerinin Artırılmış Verimliliği

Soğuk hava performansı açısından, N tipi monokristalin silikon paneller, daha iyi sıcaklık katsayılarına sahip olduklarından dolayı standart panelleri geride bırakır. Standart paneller her derece Celsius artışla yaklaşık %0,35 verim kaybederken, bu gelişmiş paneller sadece yaklaşık %0,25 kaybeder. Sırrı, artracılı elektron rekombinasyonlarını azaltan arka kontakt tasarımındadır. Peki bu pratikte ne anlama gelir? Bu paneller donma sıcaklığının altına düştüğünde bile %8 ila %10 daha iyi verimle çalışmaya devam eder. Bu nedenle birçok güneş kurulu şirketi, Arktık bölgeleri için bunları tercih eder. Paneller soğuk koşullarda bile çıkışlarını korur ve zaten kış günlerinde yeterli güneş ışığı olmadığından bu büyük bir avantajdır. Kutup iklimine sahip topluluklar için bu kararlılık, güvenilir enerji ile sık sık meydana gelen kesintiler arasında fark yaratabilir.

Kar örtüsünün güneş enerjisi üretimine etkisi: Kuzey Avrupa'dan edinilen bilgiler

Güneş panellerinde kar biriktiğinde, enerji üretme kapasiteleri ciddi şekilde düşer. Kar, doğrudan güneş ışığını engeller ve yüzeylerdeki ışık yansımasını albedo etkisi adı verilen bir durum nedeniyle değiştirir. İskandinavya'daki büyük güneş enerjisi tesislerinde yapılan araştırmalar, özellikle yoğun kış aylarında panellerin sadece küçük bir kısmının bile karla kaplanması durumunda enerji üretiminde yaklaşık %40 ila %60 oranında düşüş yaşandığını göstermektedir. Ve kalın bir kar tabakası varsa, bazen gelen güneş ışığının %90'ından fazlası tamamen engellenir. Ayrıca kar çok yansıtıcı olduğu için güneş ışığını panel hücrelerine ulaşması gereken noktaya yönlendirmek yerine geriye yansıtır. Bu da özellikle kış ayları boyunca sık sık kar birikiminin yaşandığı soğuk bölgelerde güneş çiftliklerinin düzenli olarak kar temizleme bakımına ihtiyaç duyduğu anlamına gelir.

Soğuk aylarda kar birikmesinden kaynaklanan güç kaybının ölçülmesi

Karlı bölgelerdeki enerji üretimi desenleri, kar derinliğine bağlı olarak öngörülebilir kayıpları ortaya koymaktadır:

• Hafif kar birikintileri (<1") günlük güç üretiminde %15-25 azalmaya neden olur
• Orta düzeyde birikme (1-3") çıkışta %45-60 oranında düşüşe neden olur
• Yoğun kar örtüsü (>6") üretimi birkaç gün boyunca tamamen durdurabilir

Dağlık bölgelere kurulan sistemler, sık kar yağışı ve uzun süreli birikim nedeniyle alçak kesimlere göre kış aylarında %35 daha fazla üretim kaybı yaşar.

Güneş panellerinde kar birikmesini önlemeye yönelik pasif ve aktif stratejiler

Güvenilir kış performansı için buz çözme teknolojileri ve otomatik kar temizleme

Günümüzde, kışın operasyonlar ısıtma ve mekanik tekniklerin birleşimi sayesinde sorunsuz şekilde devam ediyor. Sıcaklığa göre ayarlanan ısıtıcı elemanlar, panelleri donmalarını engelleyecek kadar sıcak tutarak kara yapışmasını önlüyor. Bu sırada Michigan Üniversitesi'nde geliştirilen özel kaplamalar, taze karın çoğu yüzeyden kolayca kaymasına yardımcı oluyor. Güneş ışığı düştükten sonra yeni karın yaklaşık 10 seferde 9'u sadece iki saat içinde tamamen yok oluyor. İskandinavya genelinde yapılan gerçek dünya testleri de umut verici sonuçlar gösteriyor. Bu farklı yöntemler bir arada çalıştığında, kardan dolayı kaybedilen enerji yıllık olarak %5'in altına düşüyor ve bu da soğuk iklimlerdeki operasyonlar için büyük fark yaratıyor.

Soğuk İklimler İçin Optimal Güneş Paneli Eğimi, Yönelimi ve Tasarımı

Yüksek Enlemlerde Stratejik Eğim ve Yönelim ile Güneş Işınlarının Maksimum Kapsanması

Yaklaşık 45 derecenin üzerindeki soğuk kuzey bölgelerdeki güneş panelleri, bulundukları enleme göre yaklaşık 15 ila 25 derece daha dik açıyla ayarlandıklarında kış aylarında en iyi şekilde çalışır. Bu genellikle panellerin yaklaşık 60 ila 75 derece eğim açısıyla kurulması anlamına gelir. Bu değişiklik, normal kurulumlara kıyasla kış aylarında elektrik üretimini %18 ila %23 oranında artırabilir. Panellerin güneye dönük olması da Kuzey Yarımküre'de neredeyse mümkün olan tüm güneş ışığını yakaladığı için hâlâ çok önemlidir; mevcut gündüz ışığının neredeyse %97'sinin yakalanmasından bahsediyoruz. Moserbaer Solar'ın 2023 yılındaki son araştırmaları da bunu oldukça sağlam bir şekilde desteklemekte olup, bu ayarlamaların performans üzerinde gerçekten fark yarattığını göstermektedir.

Daha dik eğimler ayrıca pasif kar atmayı da iyileştirir ve geleneksel sistemlere kıyasla birikinti kaynaklı kayıpları %11'e kadar azaltır.

Soğuk Ortamlarda Güneş Işınımının Kullanımını İyileştirmek için Mühendislik Uyarlamaları

Soğuğa optimize güneş sistemleri üç temel tasarım iyileştirmesini içerir:

1. YAPISAL PEKİŞTİRME : -40°C için derecelendirilmiş alüminyum çerçeveler, aşırı termal daralmaya dayanır
2. Düşük sıcaklık PV hücreleri : N-tipi TOPCon paneller -25°C (-13°F)’de %94 verim korur ve standart PERC modüllerini (%%88) geride bırakır
3. İkiz taraflı konfigürasyonlar : Çift taraflı paneller kardan yansıyan ışığı yakalar ve kış aylarında üretimi %19-27 artırır

Gelişmiş montaj sistemleri uzaktan mevsimsel eğim ayarlarına olanak tanır ve hidrofobik cam kaplamalar donma-çözülme döngülerinde buz yapışmasını %53 oranında azaltarak güvenilirliği sağlar. Birlikte bu uyarmalar soğuktan kaynaklanan voltaj artışlarından yararlanırken çevresel dezavantajları en aza indirir.

Kış Aylarında Azalan Güneş Işığı Erişilebilirliğinin Giderilmesi

Soğuk Bölgelerde Gündüz Işığı Süresi ve Güneş Şiddetinde Mevsimsel Değişkenlik

Soğuk kışlar, özellikle insanlar günde yaklaşık 4 ila 5 saat zayıf gün ışığı alabilecek kuzey bölgelerde, çok daha kısa günler ve zayıf güneş ışığı anlamına gelir. Daha az güneş ışığı, güneş panellerine çarpan foton sayısının azalması demektir ve bu da panellerin ürettiği elektrik gücünü yaz aylarında ürettiklerinin yaklaşık %40 ile %60'ı arasına düşürür. Günümüzün güneş panelleri dondurucu dış sıcaklıklarda oldukça iyi çalışsa da, yine de anlamlı miktarda elektrik üretmek için zaman içinde yeterli ışık gelmemektedir. Gerçek sorun sıcaklık değil, gün boyunca panellere ulaşan güneş ışığının miktarının çok düşük olmasıdır.

Kısa Kış Günlerinde Enerji Verimliliği Zorlukları ve Bu Zorlukların Azaltılması

Kış aylarındaki enerji açığını karşılamaya yardımcı olan üç kanıtlanmış strateji şunlardır:

• Dağılmış ışık koşullarında daha iyi performans gösteren yüksek verimli monokristalin paneller dağılmış ışık koşullarında daha iyi performans gösterir
• İki eksenli izleme sistemleri kısa gün ışığı pencerelerinde maruz kalma süresini maksimize eder
• Öğle saatlerindeki fazla enerjiyi depolayan termal tamponlu pil bankoları öğle saatlerindeki üretim artışlarından kaynaklanan fazla enerjiyi depolar

Akıllı enerji depolama çözümleriyle birlikte kullanıldığında, bu yöntemler mevsimsel üretim kayıplarının %80'ine kadarını telafi edebilir. Özellikle yüksek enlemlerde yaklaşık 60° gibi daha dik, kışa optimize edilmiş eğim açılarıyla birleştirildiklerinde hem güneş ışığı toplama verimliliği hem de doğal kar atma özelliği daha da artar.

SSS

Soğuk sıcaklıklar güneş panellerinin verimliliğini nasıl artırır?

Soğuk sıcaklıklar, güneş panellerinin yarı iletken malzemelerindeki direnci azaltarak elektronların daha serbest hareket etmesini ve verimliliğin artmasını sağlar.

Kar birikimi güneş panellerini olumsuz etkiler mi?

Evet, kar ışığı engelleyebilir ve enerji üretimini önemli ölçüde düşürebilir; temizlenmediği takdirde bazen %90'a varabilen oranlarda azalma görülebilir.

Güneş panellerinde kar birikimini önlemek için hangi stratejiler kullanılabilir?

Panel eğim ayarları gibi pasif yöntemler ile robotik temizleme sistemleri gibi aktif yöntemler, kar birikimini etkili bir şekilde azaltmada kullanılabilir.

Güneş panelleri kış aylarında azalan ışık miktarını nasıl telafi edebilir?

Yüksek verimli paneller, çift eksenli izleme sistemleri ve termal tamponlu batarya bankalarının kullanılması, daha kısa gün ışığı süresinin etkilerini hafifletmeye yardımcı olabilir.