هات اسپات (Hot Spot) در پنل های خورشیدی به چه معناست؟

 
هات اسپات مناطقی با دمای بالا هستند که تنها بخشی از پنل خورشیدی را تحت تأثیر قرار می دهند. هات اسپات ها نتیجه کاهش راندمان در یک منطقه متراکم است که در نتیجه توان خروجی کمتر و کیفیت مواد در ناحیه آسیب دیده از دست می‌رود. پنل های خورشیدی انرژی قابل توجهی تولید می کنند و زمانی که بخشی از این انرژی در یک منطقه متمرکز آزاد می شود، ممکن است پدیده هات اسپات اتفاق بیفتد. هات اسپات ها همیشه پایدار نیستند و اغلب تا خرابی کامل عملکرد پنل از لحاظ تولید برق و یا ایمنی ماژول افزایش می یابند.

هات اسپات (Hot Spot) چیست؟

توانایی سلول های سالم برای تولید جریان اضافی باعث بایاس مستقیم سلول‌های سالم شده و از آنجایی که در شرایط اتصال کوتاه ولتاژ در مدار صفر است، سلول معیوب بایاس را معکوس می کند. بایاس معکوس سلول معیوب باعث می شود که این سلول از حالت تولید کننده خارج شده و به مصرف کننده تبدیل شود، جایی که انرژی مصرف شده در آن به عنوان گرما هدر می رود. اگر تعداد سلول های سالم در مدار زیاد باشد، مقدار این ولتاژ معکوس در دو سر سلول معیوب افزایش می یابد و باعث از دست دادن انرژی زیادی در آن می شود. این تلفات انرژی که در یک منطقه کوچک اتفاق می‌افتد منجر به گرمایش در ناحیه پانل می‌شود که به آن پدیده گرمایش موضعی (هات اسپات) می‌گویند. گرمایش موضعی باعث آسیب های جبران ناپذیری مانند شکستن یا ترک خوردن شیشه یا سلول، ذوب شدن لحیم کاری و اتصالات و خرابی سلول می شود.

پدیده Hot Spot در آرایه‌های خورشیدی

در نیروگاه های فتوولتائیک، یک آرایه خورشیدی از اتصال سلول های خورشیدی زیادی به صورت سری موازی تشکیل می شود. ترکیب سلول ها به صورت سری و موازی می تواند در صورت اتصال سری مشکلات ایجاد کند. یکی از این مشکلات باز بودن مدار در یکی از فیلدها است. در این حالت جریان حاصل از مجموع سیم های آن بلوک از جریان سایر بلوک های آرایه کمتر است. این مشکل از نظر الکتریکی شبیه به عدم تطابق در سلول های سری است. بنابراین حتی اگر مشخصات تمامی سلول ها یکسان باشد و در هیچ قسمتی از سلول ها سایه وجود نداشته باشد، باز هم احتمال ناهماهنگی و پدیده گرمایش موضعی در آرایه ها وجود دارد.

عوامل ایجاد کننده پدیده Hot Spot

دلایل زیادی برای ایجاد هات اسپات وجود دارد و می توان آنها را به دو دسته عملکردی و عملیاتی تقسیم بندی کرد:

1.دلایل عملکردی

عدم تطابق سلول زمانی رخ می دهد که سلول هایی با جریان های مختلف به صورت سری به هم متصل شوند. آسیب یا کیفیت پایین سلول های خورشیدی که می تواند در حین ساخت رخ دهد زیرا سلول های سیلیکونی در هنگام نورد، جابجایی و حمل و نقل تحت فشار قرار می گیرند.

2.دلایل عملیاتی هات اسپات ها

• سایه های فصلی روی صفحات خورشیدی
•  شرایط پشت بام
• آلودگی و شن

تأثیر هات اسپات بر حفاظت الکتریکی پنل خورشیدی

نتایج Hot Spot می‌تواند منجر به آتش‌سوزی شدید یا در بیشتر موارد افزایش گرمای انتشاری شود که باعث کهنگی سریع متریال شود. علاوه بر این، پدیده هات اسپات می تواند باعث ایجاد یک اتصال کوتاه بین جلو و پشت سلول شود و به گرمای متمرکز بسیار شدید تبدیل شود. این نوع هات اسپات می تواند باعث ذوب شدن صفحه پشتی و ایجاد آتش سوزی شود.

راه حل کنترل پدیده هات اسپات در سلول‌های خورشیدی

ساده ترین راه برای کنترل این پدیده اضافه کردن یک دیود بایاس معکوس به موازات سلول خورشیدی است. به طور معمول سلول بایاس مستقیم است بنابراین دیود بای پس بایاس معکوس است و جریانی از آن عبور نمی کند. اگر سلول به دلیل عدم تطابق در جریان اتصال کوتاه بایاس معکوس باشد، دیود بای پس بایاس رو به جلو است و جریان را هدایت می کند. در نتیجه، افت ولتاژ بین دو پایانه سلول معیوب تنها برابر با ولتاژ دیود است، بنابراین از تلفات زیاد برق و داغ شدن موضعی جلوگیری می شود. معمولاً برای 10 تا 15 سلول از  یک دیود استفاده می کنند. برای مثال، برای یک پانل 36 سلولی، از 3 و گاهی اوقات 2 دیود بای پس استفاده می شود. همه سازندگان از دیودهای بای پس استفاده نمی کنند. در این حالت باید مراقب بود که پنل برای مدت طولانی در معرض شرایط اتصال کوتاه قرار نگیرد و نیز از سایه افتادن ساختمانها، درختان و یا پنل های دیگر بر روی آن جلوگیری به عمل آورد.

✅جمع بندی

هات اسپات پنل های خورشیدی یا داغ شدن موضعی سلول خورشیدی هنگامی اتفاق می افتد، که تعداد زیادی سلول خورشیدی به یکدیگر متصل شوند و یک سلول به دلایلی مانند تفاوت در ساخت سلول در کارخانه، افت کیفیت، سایه و دمای بالاتر جریان کمتری دارد. هات اسپات ها نتیجه کاهش راندمان در مناطق متمرکز است که منجر به کاهش توان خروجی و کیفیت پایین مواد در مناطق آسیب دیده می شود. پنل های خورشیدی مقدار قابل توجهی انرژی تولید می کنند و زمانی که مقداری از این انرژی در یک منطقه متمرکز آزاد می شود، پدیده هات اسپات می تواند رخ دهد. نقاط داغ به ندرت پایدار هستند و معمولا تا خرابی کامل عملکرد پنل از لحاظ تولید برق و یا ایمنی ماژول تشدید می شوند.