ارزیابی اثرات پدیده نقطه داغ در پنل‌های فتوولتاییک تک‌کریستال و چند ‌کریستال تحت شرایط آب و هوایی ایلام

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

فاطمه درویشی ¹

علی نجات لرستانی ¹

رضا یگانه ²

مجید ولیزاده ³

¹ گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

² گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

³ گروه مهندسی برق، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2026.99648.1501

چکیده

سیستم‌های فتوولتائیک معمولاً به دلیل نداشتن قطعات متحرک، عمر طولانی دارند و به همین دلیل به گزینه‌ای جذاب برای کاربردهای مسکونی و صنعتی تبدیل می‌شوند. با این حال، عوامل متعددی ممکن است عمر مفید پنل‌های فتوولتاییک را کاهش دهند. این مطالعه به بررسی تأثیر افزایش دما ناشی از تابش خورشید بر انواع مختلف پنل‌های خورشیدی می‌پردازد. یکی از این عوامل، پدیده نقطه داغ (Hot Spot) است که در آن نقاط خاصی از پنل خورشیدی به دلیل قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور خورشید، افزایش دما را تجربه می‌کنند و منجر به کاهش برگشت‌ناپذیر توان خروجی می‌شوند. برای ارزیابی دقیق تأثیر شرایط آب و هوایی بر وقوع نقطه داغ، یک مطالعه میدانی با استفاده از پنل‌های خورشیدی تک‌کریستالی و چندکریستالی در دسته‌های مختلف طی یک دوره ۱۷ هفته‌ای در ماه‌های گرم در شهر ایلام، انجام شد. عملکرد پنل‌ها نیز در MATLAB/Simulink شبیه‌سازی شد تا تحلیل دقیق‌تری از نتایج به‌دست آید. علاوه بر این، از یک دوربین حرارتی برای بررسی شرایط حرارتی پنل‌ها در حالت نقطه داغ استفاده شد. یافته‌ها نشان داد که توان خروجی پنل‌های چندکریستالی ۱، چندکریستالی ۲، تک‌کریستالی ۳ و تک‌کریستالی ۴ تخریب‌شده به‌ترتیب 0.105، 0.104، 0.211 و 0.193 وات در طول دوره ۱۷ هفته‌ای کاهش یافته است. در مقابل، توان خروجی پنل‌های چندکریستالی ۵، چندکریستالی ۶، تک‌کریستالی ۷ و تک‌کریستالی ۸ سالم به‌ترتیب 0.474، 0.518، 0.66 و 0.66 وات افزایش یافته است. به‌طور کلی، نتایج نشان داد که نرخ تخریب ناشی از پدیده نقطه داغ در پنل‌های تک‌کریستالی بیشتر از پنل‌های چندکریستالی بود.

کلیدواژه‌ها

پنل‌های خورشیدی سیلیکونی کریستالی

سایه جزئی

شبیه‌سازی MATLAB

ماژول‌های فتوولتائیک

نقطه داغ

موضوعات

• پایداری، زیست‌اقتصاد چرخشی و تاب‌آوری محیطی

---

Authors retain the copyright. This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1.      Ahmed, W., Ali, M. U., Mahmud, M. A. P., Niazi, K. A. K., Zafar, A., & Kerekes, T. (2023). A Comparison and Introduction of Novel Solar Panel’s Fault Diagnosis Technique Using Deep-Features Shallow-Classifier through Infrared Thermography. Energies, 16(3), 1043. https://doi.org/10.3390/en16031043

2.      Ahsan, S., Niazi, K. A. K., Khan, H. A., & Yang, Y. (2018). Hotspots and performance evaluation of crystalline-silicon and thin-film photovoltaic modules. Microelectronics Reliability, 88–90, 1014–1018. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2018.06.097

3.      Baharin, N. I., Yahaya, J. A. F., & Ahmad, M. Z. (2024). Reduction of hot-spot on solar PV array due to partial shading condition. Evolution in Electrical and Electronic Engineering, 5(1), 348–357.

4.      Dhimish, M., Theristis, M., & d’Alessandro, V. (2024). Photovoltaic hotspots: A mitigation technique and its thermal cycle. Optik, 300, 171627. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2024.171627

5.      El-Shaer, A., Tadros, M. T. Y., & Khalifa, M. A. (2014). Effect of light intensity and temperature on crystalline silicon solar modules parameters. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 4(8), 311-318.

6.      Farahmand, M. Z., Nazari, M. E., Shamlou, S., & Shafie-khah, M. (2021). The simultaneous impacts of seasonal weather and solar conditions on PV panels electrical characteristics. Energies, 14(4), 845. https://doi.org/10.3390/en14040845

7.      Gulnz, S. W., Preu, R., & Biro, D. (2012). Crystalline silicon solar cells: State-of-the-art and future developments. In Comprehensive renewable energy (Vol. 1, pp. 353–387). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-087872-0.00117-7

8.      Islam, M. (2019). A comparative study and performance analysis of poly and mono Si photovoltaic modules (Master’s thesis, BRAC University). http://hdl.handle.net/10361/13662

9.      Jiang, L., Cui, S., Sun, P., Wang, Y., & Yang, C. (2020). Comparison of monocrystalline and polycrystalline solar modules. In 2020 IEEE 5th Information Technology and Mechatronics Engineering Conference (ITOEC) (pp. 341–344). IEEE. https://doi.org/10.1109/ITOEC49072.2020.9141722

10.  Kalogirou, Solar energy engineering: Processes and systems (3rd ed.). Academic Press. https://doi.org/10.1016/C2021-0-02041-1

11.  Kashika, B., Prem, P., & Vinod, K. Y. (2025). Optimizing bypass diode performance with modified hotspot mitigation circuit. Solar Energy Materials and Solar Cells, 280. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2024.113281

12.  Keskin, V., Khalejan, S. H. P. R., & Çıkla, R. (2021). Investigation of the shading effect on the performance of a grid-connected PV plant in Samsun/Turkey. Journal of Polytechnic, 24(2), 553–563. https://doi.org/10.2339/politeknik.701525

13.  Numan, A. H., Hussein, H. A., & Dawood, Z. S. (2021). Hot spot analysis of photovoltaic module under partial shading conditions by using IR-imaging technology. Engineering and Technology Journal, 39(9), 1338–1344. https://doi.org/10.30684/etj.v39i9.841

14.  Oufettoul, H., Lamdihine, N., Motahhir, S., Lamrini, N., Abdelmoula, I. A., & Aniba, G. (2023). Comparative performance analysis of PV module positions in a solar PV array under partial shading conditions. IEEE Access, 11, 12176-12194. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3237250

15.  Rabaia, M. K. H., Abdelkareem, M. A., Sayed, E. T., Elsaid, K., Chae, K. J., Wilberforce, T., & Olabi, A. G. (2021). Environmental impacts of solar energy systems: A review. Science of The Total Environment, 754, 141989. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141989

16.  Setiabudi, D. H., Dinaryanto, O., Haris, A., & Mardwianta, B. (2024). Increasing solar radiation energy in equipment distillation to produce fresh water for airport. In Proceedings of the 2023 Annual Technology, Applied Science and Engineering Conference (ATASEC 2023) (pp. 174–184). Atlantis Press. https://doi.org/10.2991/978-94-6463-358-0_18

17.  Siecker, J., Kusakana, K., & Numbi, E. B. (2017). A review of solar photovoltaic systems cooling technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79, 192-203. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.053

18.  Tripathi, A. K., Ray, S., Aruna, M., & Prasad, S. (2021). Evaluation of solar PV panel performance under humid atmosphere. Materials Today: Proceedings, 45(1), 5916-5920. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.775

19.  Singh, B., Jain, A. K., & Gupta, S. (2023). Simulation based analysis of the partial shading at different locations on polycrystalline PV array. World Journal of Advanced Engineering Technology and Sciences, 9(1), 045-053. https://doi.org/10.30574/wjaets.2023.9.1.0135

20.  Umar, S., Qureshi, M. S., & Nawaz, M. U. (2024). Thermal imaging and AI in solar panel defect identification. International Journal of Advanced Engineering Technologies and Innovations, 1(3), 73-95.

21.  Vishwakarma, S. (2017). Study of Partial shading effect on solar module using MATLAB. International Journal of Advanced Research in Electrical, electronics and instrumentation engineering, 6(7), 5303-5308. https://doi.org/10.15662/IJAREEIE.2017.0607011

22.  Xu, T., Deng, S., Zhang, G., & Zhang, Z. (2021). Research on hot spot risk of high wattage solar modules. Solar Energy, 230(4), 583-590. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.10.037