Deicer پنل خورشیدی چیست و چگونه کار می کند؟

A یخ کن پنل خورشیدی دستگاه یا سیستمی است که برای حذف یخ، یخ و برف انباشته شده از سطح پانل‌های فتوولتائیک طراحی شده است و قرار گرفتن در معرض نور خورشید را بازیابی می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد تا تولید برق را در طول و پس از طوفان‌های زمستانی از سر بگیرند. رایج ترین انواع شامل عناصر گرمایش الکتریکی نصب شده در زیر پانل ها، سیستم های گردش آب گرم یا گلیکول، و پوشش های آبگریز غیرفعال است که از چسبیدن یخ به شیشه جلوگیری می کند. با توجه به آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL)، تجمع برف و یخ می تواند تولید انرژی سالانه یک آرایه خورشیدی را کاهش دهد. 1% تا 12% بسته به موقعیت جغرافیایی، زاویه شیب، و فراوانی طوفان های زمستانی، با تلفات به بالاتر از 30٪ در طول ماه های برف سنگین فردی در اقلیم های شمالی درک اینکه چگونه یک یخ کن پنل خورشیدی عملکردها و اینکه کدام نوع برای یک نصب خاص مناسب است برای صاحبان خانه و اپراتورهای تجاری که می خواهند سرمایه گذاری خورشیدی خود را در ماه های زمستان به حداکثر برسانند، زمانی که نور خورشید در حال حاضر در بالاترین حد است، ضروری است.

چگونه برف و یخ بر عملکرد پنل خورشیدی تأثیر می گذارد؟

برف و یخ مانع از رسیدن نور خورشید به سلول‌های فتوولتائیک می‌شوند و حتی یک لایه نازک یخبندان می‌تواند خروجی پانل را 20% تا 30% کاهش دهد، در حالی که پوشش کامل برف تولید را تا زمانی که انسداد برطرف شود به صفر می‌رساند. مکانیسم‌های فیزیکی ساده هستند: پنل‌های خورشیدی فوتون‌ها را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند و هر مانعی بین خورشید و سلول‌های سیلیکونی از این تبدیل جلوگیری می‌کند. مطالعه منتشر شده در مجله انرژی های تجدیدپذیر و پایدار دریافتند که پانل‌هایی با زاویه شیب 30 درجه سریع‌تر از پانل‌های تخت برف می‌ریزند، اما حتی آرایه‌هایی که به طور مطلوب کج شده‌اند می‌توانند لایه‌ای از یخ یا برف فشرده را برای روزها یا هفته‌ها در صورتی که دما زیر صفر باقی بماند و هیچ مداخله‌ای برای یخ‌زدایی انجام نشود، حفظ کنند. در مناطقی مانند شمال شرقی ایالات متحده، غرب میانه بالا و کانادا، تلفات تولید مربوط به برف بیشتر عملکرد ضعیف زمستانی را تشکیل می دهد. الف یخ کن پنل خورشیدی این مشکل را مستقیماً با ذوب کردن لایه یخ زده از زیر یا جلوگیری از چسبیدن آن در وهله اول برطرف می کند.

انواع یخ کن های پنل خورشیدی: پوشش های الکتریکی، هیدرونیک و غیرفعال

سه دسته اصلی از سیستم‌های یخ‌کن پنل خورشیدی وجود دارد: تشک‌ها یا کابل‌های گرمایش با مقاومت الکتریکی متصل به پشت پانل‌ها، سیستم‌های هیدرونیک که سیال گرم شده را به گردش در می‌آورند، و پوشش‌های سطحی آبگریز یا یخ‌فوب غیرفعال، که هر کدام دارای مزایای متمایز در هزینه، کارایی و مصرف انرژی هستند. جدول زیر مقایسه مستقیمی از این سه رویکرد را ارائه می‌کند و امکان ارزیابی سریع این که کدام فناوری به بهترین وجه با یک نصب خاص سازگار است را فراهم می‌کند.

پاک کننده های پنل خورشیدی الکتریکی: رایج ترین راه حل فعال

المان‌های گرمایش با مقاومت الکتریکی رایج‌ترین فناوری یخ‌کن پنل‌های خورشیدی هستند، زیرا به راحتی در آرایه‌های موجود مقاوم‌سازی می‌شوند، می‌توانند با سنسورهای دما و برف خودکار شوند و در صورت نیاز مستقیماً از شبکه یا از سیستم ذخیره‌سازی باتری نیرو بگیرند. این سیستم ها متشکل از تشک های گرمایشی نازک و ضد آب و یا حلقه های کابلی هستند که به سطح پشتی هر پانل فتوولتائیک چسبیده اند. هنگامی که فعال می شوند، دمای پانل را افزایش می دهند 5 درجه فارنهایت تا 15 درجه فارنهایت (3 تا 8 درجه سانتی گراد) بالاتر از دمای محیط، که برای ذوب یک لایه یخ و شکستن پیوند بین برف و شیشه کافی است. هنگامی که پیوند شکسته می شود، گرانش باعث می شود که برف از صفحه کج شده سر بخورد. یک برق معمولی مسکونی یخ کن پنل خورشیدی سیستم برای یک آرایه 20 پانل تقریباً ترسیم می کند 2 تا 3 کیلووات در حین کار، و اگر 3 تا 4 ساعت پس از طوفان برف کار کند، هزینه کل انرژی با نرخ متوسط برق مسکونی ایالات متحده 0.15 دلار در هر کیلووات ساعت تقریباً می باشد. 1.00 تا 1.80 دلار در هر چرخه یخ زدایی . این هزینه اغلب با ارزش الکتریسیته ای که پانل ها پس از پاکسازی تولید می کنند جبران می شود، به ویژه اگر جایگزین چندین روز از تولید خود را در حین انتظار برای ذوب طبیعی از دست بدهد.

سیستم های یخ زدایی الکتریکی مدرن معمولاً توسط ترکیبی از سنسورها کنترل می شوند. یک سنسور برف وجود بارش را تشخیص می‌دهد، یک سنسور دما تأیید می‌کند که دما به اندازه‌ای پایین است که یخ تشکیل شود، و یک سنسور وضعیت سطح ممکن است ضخامت واقعی یخ یا خروجی پانل را اندازه‌گیری کند تا تعیین کند چه زمانی باید عناصر گرمایشی فعال شوند. این اتوماسیون تضمین می کند که سیستم فقط در صورت نیاز کار می کند و برق هدر رفته را به حداقل می رساند. کابل‌های گرمایشی مورد استفاده در این سیستم‌ها برای قرار گرفتن در فضای باز درجه‌بندی شده‌اند و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در برابر دمای شدید مقاومت کنند. -40 درجه فارنهایت تا 185 درجه فارنهایت (40- تا 85 درجه سانتی گراد) بدون تخریب

سیستم های یخ زدایی هیدرونیک: راندمان بالا برای آرایه های بزرگ

یک دستگاه یخ‌کن پنل خورشیدی هیدرونیک، مخلوط آب گرم و گلیکول را از طریق شبکه‌ای از لوله‌های نصب شده در پشت پانل‌ها به گردش در می‌آورد، و در حالی که هزینه نصب اولیه بالاتر است، راندمان عملیاتی می‌تواند نسبت به گرمایش الکتریکی برای آرایه‌های بزرگ تجاری و مقیاس کاربردی برتر باشد. منبع گرما برای یک سیستم یخ زدایی هیدرونیک می تواند یک دیگ بخار گازی یا برقی اختصاصی، یک پمپ حرارتی زمین گرمایی یا حتی گرمای اتلاف بازیابی شده از یک فرآیند صنعتی مجاور باشد. از آنجایی که مایع ظرفیت گرمایی بسیار بالاتری نسبت به هوا دارد، یک سیستم هیدرونیک می تواند همان مقدار انرژی ذوب را با مصرف برق کمتری نسبت به یک سیستم کاملاً الکتریکی منتقل کند، به شرطی که منبع گرما کارآمد باشد. برای یک مزرعه خورشیدی بزرگ روی زمین در یک منطقه برفی، شرایط اقتصادی برای یخ زدایی هیدرونیک قانع کننده می شود: هزینه تولید از دست رفته در یک فصل زمستان می تواند از هزینه نصب و راه اندازی یک سیستم یخ زدایی مرکزی که تمام پانل ها را ظرف چند ساعت به جای چند روز پاک می کند، بیشتر باشد.

پوشش‌های غیرفعال: رویکرد پیشگیرانه با انرژی صفر

پوشش‌های آبگریز و یخ‌گریز غیرفعال، رویکردی اساساً متفاوت برای یخ‌زدایی پنل‌های خورشیدی نشان می‌دهند: این پوشش‌ها به جای ذوب یخ پس از تشکیل، از چسبیدن یخ و برف به سطح شیشه جلوگیری می‌کنند و به آن اجازه می‌دهند تحت وزن خود یا با کمک یک نسیم خفیف از بین بروند. این پوشش‌ها معمولاً از سیلیکون، فلوروپلیمر یا مواد نانوکامپوزیت ساخته می‌شوند که لایه‌ای با انرژی سطح پایین روی شیشه ایجاد می‌کنند. زاویه تماس یک قطره آب روی یک صفحه شیشه ای تصفیه نشده معمولاً است 30 تا 50 درجه ، اما یک پوشش آبگریز با کیفیت بالا می تواند این را افزایش دهد 100 درجه یا بیشتر ، باعث می شود که آب به جای پخش شدن و یخ زدن در یک ورقه پیوسته به صورت مهره ها و غلتان در بیاید. تحقیقات منتشر شده در مجله مواد و رابط های کاربردی ACS نشان داد که یک پوشش icephobic به درستی اعمال شده می تواند قدرت چسبندگی یخ را کاهش دهد 80 تا 90 درصد در مقایسه با شیشه لخت، برف را از پانل‌های کج شده در زوایای کمتر از 15 درجه قادر می‌سازد. محدودیت اصلی پوشش‌های غیرفعال این است که به طور فعال یخی را که قبلاً تشکیل شده است ذوب نمی‌کنند و اثربخشی آنها در طول زمان به دلیل قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، سایش ناشی از گرد و غبار باد و آلودگی ناشی از فضولات پرندگان یا آلودگی کاهش می‌یابد. اکثر تولید کنندگان توصیه می کنند هر بار استفاده مجدد را انجام دهید 1 تا 3 سال برای حفظ اوج عملکرد

آیا یک دستگاه خنک‌کن پنل خورشیدی ارزش سرمایه‌گذاری را دارد؟

دوره بازپرداخت یخ‌کن پنل خورشیدی به آب و هوای محلی، اندازه آرایه، هزینه برق و ارزش تولید از دست رفته بستگی دارد، اما برای تاسیسات در مناطقی که بیش از 50 اینچ برف سالانه می‌بارد، وضعیت مالی اغلب قوی است و بازپرداخت آن در 3 تا 5 فصل زمستان قابل دستیابی است. یک تحلیل ساده را می توان با تخمین کل انرژی از دست رفته در پوشش برف در طول زمستان و ضرب آن در نرخ برق محلی انجام داد. برای یک آرایه مسکونی 10 کیلوواتی در شمال ایالت نیویورک که به طور متوسط 400 کیلووات ساعت در زمستان در اثر برف از دست می دهد و با نرخ برق 0.18 دلار در هر کیلووات ساعت، تلفات سالانه تقریباً می باشد. 72 دلار . یک سیستم یخ زدایی برقی اولیه با هزینه نصب 600 دلار تقریباً به 8 سال زمان نیاز دارد تا صرفه جویی در مصرف انرژی صرف شود. با این حال، این محاسبه دو عامل مهم را نادیده می‌گیرد: مزیت راحتی و ایمنی ناشی از عدم نیاز به پاک کردن دستی برف از روی پانل‌های پشت بام، و این واقعیت که بسیاری از برنامه‌های تشویقی و اعتبارات انرژی تجدیدپذیر برای تولید زمستانی که تقاضای شبکه زیاد است، حق بیمه پرداخت می‌کنند. گنجاندن این عوامل اغلب دوره بازپرداخت را به میزان قابل توجهی کوتاه می کند.

سوالات متداول در مورد پنل های خورشیدی Deicers

آیا دستگاه یخ کن پنل خورشیدی می تواند به پانل های فتوولتائیک آسیب برساند؟

هنگام نصب طبق دستورالعمل سازنده، الف یخ کن پنل خورشیدی به پانل ها آسیب نمی رساند. تشک های گرمایش برقی طوری طراحی شده اند که در دمای بسیار پایین تر از حداکثر دمای نامی صفحه پشتی پانل کار کنند، که معمولاً در دمای زیر قرار می گیرند. 140 درجه فارنهایت (60 درجه سانتیگراد) . گرمایش تدریجی است، نه یک شوک حرارتی ناگهانی، بنابراین شیشه و مواد محصور کننده تحت فشار قرار نمی گیرند. خطر اولیه ناشی از نصب نادرست است، مانند به دام انداختن رطوبت بین بخاری و صفحه پشتی یا استفاده از یک سیستم تنظیم نشده که بیش از حد گرم می شود. انتخاب یک محصول یخ زدایی دارای فهرست UL یا دارای گواهی ETL و پیروی از دستورالعمل های سیم کشی و نصب این خطرات را از بین می برد.

آیا می توانم از کابل یخ زدایی سقف در پنل های خورشیدی خود استفاده کنم؟

کابل های استاندارد یخ زدایی سقف برای اتصال مستقیم به پنل های خورشیدی طراحی نشده اند. کابل‌های سقف برای ایجاد کانال‌های زهکشی در ناودان‌ها و در امتداد لبه‌ها قرار می‌گیرند، نه برای گرم کردن سطح شیشه‌ای یک ماژول فتوولتائیک. اتصال یک کابل سقف عمومی به پشت یک پنل خورشیدی ممکن است ضمانت پنل را باطل کند و می تواند نقاط داغی ایجاد کند که به سلول ها آسیب می رساند. یک مناسب یخ کن پنل خورشیدی از عناصر گرمایشی استفاده می کند که به طور خاص برای اندازه، شکل و ویژگی های حرارتی پانل های فتوولتائیک طراحی شده اند.

آیا یک دستگاه خنک‌کن پنل خورشیدی انرژی بیشتری نسبت به تولید پنل‌ها مصرف می‌کند؟

خیر طراحی شده است یخ کن پنل خورشیدی انرژی بسیار کمتری نسبت به تولید پانل ها پس از پاکسازی مصرف می کند. یک پنل 300 واتی که از برف پاک می شود می تواند تولید کند 1.2 تا 1.5 کیلووات ساعت برق در یک روز آفتابی زمستانی، در حالی که چرخه یخ زدایی که آن را پاک کرد ممکن است فقط مصرف کرده باشد 0.1 تا 0.2 کیلووات ساعت . سود خالص انرژی مثبت است، به همین دلیل است که یخ زدایی از نظر اقتصادی و انرژی منطقی است. عامل حیاتی این است که دستگاه یخ‌کن را فقط در صورت لزوم با استفاده از کنترل‌های خودکار که از کارکرد آن در صورت عدم وجود برف یا یخ جلوگیری می‌کند، استفاده کنید.

چقدر طول می کشد تا یک دستگاه خنک کننده پنل خورشیدی برف را پاک کند؟

یک برق یخ کن پنل خورشیدی معمولاً انباشته شدن برف سبک از 1 تا 3 اینچ را پاک می کند 30 تا 60 دقیقه از فعال سازی تجمعات سنگین تر از 6 اینچ یا بیشتر ممکن است نیاز داشته باشد 2 تا 4 ساعت بسته به چگالی وات عناصر گرمایشی و دمای محیط به طور کامل شفاف شود. این فرآیند از سطح شیشه به سمت بیرون کار می‌کند و ابتدا لایه پیوند را ذوب می‌کند تا برف به جای ذوب شدن کامل در آب، به صورت ورقه‌ای برود.

A یخ کن پنل خورشیدی به عنوان یک پل عملی بین وعده تولید خورشیدی در تمام طول سال و واقعیت آب و هوای زمستان عمل می کند. با انتخاب فناوری مناسب - گرمایش الکتریکی، گردش هیدرونیک، یا تصفیه سطح غیرفعال - و ادغام آن با کنترل‌های خودکار، صاحبان آرایه‌های خورشیدی می‌توانند انرژی از دست رفته برف و یخ را با تعادل انرژی خالص مثبت و بازده مالی که با گذشت هر زمستان بهبود می‌یابد، بازیابی کنند. با ادامه گسترش تاسیسات فتوولتائیک به مناطق سردتر، نقش فناوری یخ زدایی موثر فقط برای حفظ قابلیت اطمینان شبکه و به حداکثر رساندن بازده سرمایه گذاری در انرژی های تجدیدپذیر اهمیت بیشتری پیدا می کند.