پنل خورشیدی دوطرفه (Bifacial) چیست و چه مزایایی دارد؟

ماژول دوطرفه از هر دو وجه تولید می‌کند و نور بازتابی را از پشت می‌گیرد. بیشترین سود روی زمین بازتابنده با نصب بلند دیده می‌شود؛ نصب چسبیده به بام اغلب افزایش متوسطی دارد.

ماژول‌های خورشیدی دوطرفه ماژول‌های PV هستند که طوری طراحی شده‌اند نور خورشید را از سطح جلو و پشت جذب کنند. ماژول‌های تک‌روی معمولی پشتی مات و غیرشفاف دارند که نور از پایین را مسدود می‌کند. ماژول دوطرفه آن پشتی را با شیشه شفاف یا پوشش نیمه‌شفاف عوض می‌کند تا فوتون‌های بازتاب‌شده از زمین، سطح بام یا سازه‌های اطراف به مادهٔ فعال سلول در سمت پشت برسند. در شرایط میدانی با سطح بازتابنده زیر آرایه، سامانه‌های دوطرفه معمولاً ۵ تا ۱۵ درصد انرژی سالانه بیشتر از آرایهٔ تک‌روی معادل با همان زاویه و جهت می‌دهند. این افزایش خودکار نیست: به ارتفاع نصب، بازتاب زمین (albedo)، فاصلهٔ ردیف‌ها و میزان نور پراکنده‌ای که به وجه پشت می‌رسد بستگی دارد.

فیزیک موضوع ساده است. نور خورشید به جلوی ماژول می‌خورد و درست مثل هر ماژول معمولی، از طریق اثر فتوولتائیک در سلول‌های سیلیکونی جریان می‌سازد. نوری که از بین ردیف‌ها عبور کند، از سنگریزهٔ روشن، غشای سفید بام، برف یا بتن روشن بازتاب یابد و به شیشهٔ پشت برخورد کند نیز قابل تبدیل است. سازندگان عملکرد سمت پشت را با ضریب دوطرفه بودن بیان می‌کنند که برای ماژول‌های شیشه-شیشهٔ مدرن معمولاً ۶۵ تا ۸۵ درصد است. ماژولی که جلو را ۴۰۰ وات STC دارد و ضریب دوطرفه بودن آن ۷۰ درصد است، تحت تابش معادل روی همان وجه پشت تقریباً ۲۸۰ وات از پشت می‌دهد. در عمل پشت به‌ندرت آفتاب مستقیم کامل می‌بیند؛ بیشتر سهم پشت از نور پراکنده و بازتابی می‌آید، پس حتی در محل‌های خوب‌طراحی‌شده خروجی پشت کسری از خروجی جلو است.

معماری سلول و طراحی قاب با محصولات تک‌روی فرق دارد. بسیاری از ماژول‌های دوطرفه از سلول نیمه‌بریده، چیدمان چندباس‌بار و ساخت شیشه-شیشه برای استحکام مکانیکی و مقاومت بلندمدت در برابر رطوبت استفاده می‌کنند. بعضی طرح‌ها قاب آلومینیومی متعارف را کاملاً حذف می‌کنند (شیشه-شیشه بدون قاب) تا مساحت بیشتری از سلول پشت در معرض نور باشد؛ بعضی دیگر قاب را نگه می‌دارند تا حمل روی بام مسکونی آسان‌تر باشد. پشتی شفاف جایگزین سبک‌تری برای شیشهٔ پشت است، اما ممکن است بخشی از بازده دوطرفه و دوام را معامله کند. هنگام مقایسهٔ دیتاشیت‌ها به ضریب دوطرفه بودن، دادهٔ اصلاح زاویهٔ تابش پشت (IAM) اگر منتشر شده باشد، و این‌که رتبهٔ توان فقط STC جلو است یا شرط تست دوطرفه را هم شامل می‌شود توجه کنید.

هندسهٔ نصب به‌شدت بازده دوطرفه را کنترل می‌کند. رک‌های بلند که ماژول را خوب بالاتر از سطح نگه می‌دارند اجازه می‌دهند نور بازتابی به وجه پشت برسد. آرایه‌های مسکونی چسبیده روی شینگل آسفالتی تیره تابش پشت کمی می‌بینند و شاید فقط ۱ تا ۳ درصد بازده اضافه بگیرند؛ این مقدار اغلب هزینهٔ مازاد ماژول دوطرفه را توجیه نمی‌کند. پارکینگ سقفی تجاری، بام‌های TPO سفید، نصب زمینی روی سنگریزهٔ روشن، سازه‌های کشاورزی-خورشیدی با زیرپوش بازتابنده و آرایه‌های ردیاب روی خاک روشن سناریوهای کلاسیک پربازده‌اند. فاصلهٔ ردیف مهم است: ردیف‌های تنگ زمین جلوی هر ماژول را سایه می‌کنند و لکهٔ بازتابی در دسترس ردیف پشت را کم می‌کنند. ابزارهای شبیه‌سازی با مقادیر albedo زمین بازده دوطرفه را مدل می‌کنند: ۰٫۲ برای چمن، ۰٫۳ برای سنگریزهٔ خاکستری، ۰٫۶ برای غشای سفید و تا ۰٫۸ برای برف تازه.

سامانه‌های ردیابی با فناوری دوطرفه جفت طبیعی می‌سازند. ردیاب‌های تک‌محوره از قبل خورشید را دنبال می‌کنند تا جذب سمت جلو بیشتر شود. افزودن ماژول دوطرفه اجازه می‌دهد وجه پشت هم با حرکت ردیاب نور بازتابی از زمین را بگیرد. مطالعات مستقل روی سایت‌های مقیاس بزرگ افزایش انرژی ۱۰ تا ۲۰ درصدی برای دوطرفه به‌همراه ردیاب نسبت به خط مبنای تک‌روی با زاویهٔ ثابت گزارش می‌کنند، هرچند نتایج با عرض جغرافیایی و آلودگی فرق دارد. آرایه‌های زمینی ثابت دوطرفه هم وقتی به‌اندازهٔ کافی بلند نصب شوند سود می‌برند: راهنمای صنعت اغلب حداقل ۰٫۵ تا ۱٫۰ متر فاصله بین لبهٔ پایین ماژول و زمین را برای سهم معنادار پشت پیشنهاد می‌کند.

پروفایل دما و دوام شایستهٔ توجه است. ماژول‌های شیشه-شیشهٔ دوطرفه می‌توانند کمی خنک‌تر از طرح‌های شیشه-پشتی کار کنند چون هر دو وجه با محیط گرما مبادله می‌کنند. دمای کار پایین‌تر ولتاژ و راندمان واقعی در بعدازظهرهای گرم را بهتر می‌کند. ساخت دوشیشه‌ای همچنین در برابر نفوذ رطوبت و افت القایی بالقوه بهتر از بعضی فرمولاسیون‌های پشتی قدیمی مقاومت می‌کند؛ این موضوع در اقلیم ساحلی مرطوب اهمیت دارد. وزن نسبت به ماژول‌های استاندارد بیشتر است، پس پیش از مشخص کردن محصول دوطرفه روی سازهٔ مسکونی باید محاسبات بار بام و رتبهٔ بار رک را تأیید کنید.

ملاحظات الکتریکی و گارانتی شبیه سامانه‌های تک‌روی است با چند نکته. ولتاژ استرینگ، پنجره‌های MPPT اینورتر و اندازهٔ هادی از رتبه‌های STC سمت جلو استفاده می‌کنند مگر طراح صریحاً افزایش دوطرفه را در برآورد تولید مدل کرده باشد. خروجی AC اینورتر را با فرض سهم کامل نامی سمت پشت اندازه نگیرید. گارانتی محصولات شیشه-شیشهٔ دوطرفه اغلب با خطوط پرمیوم تک‌روی هم‌خوان است: ۲۵ تا ۳۰ سال محصول و عملکرد. تأیید کنید بست‌های تأییدشدهٔ سازندهٔ ماژول سلول‌های لبهٔ پشت را سایه نزنند؛ بعضی دیتاشیت‌های دوطرفه نقشهٔ ناحیهٔ بست دارند.

هنگام ارزیابی پیشنهادها، مدل‌سازی تولید مخصوص دوطرفه بخواهید نه یک درصد افزایش عمومی. نصاب‌های معتبر از نرم‌افزاری استفاده می‌کنند که albedo، ارتفاع رک، نسبت پوشش زمین (GCR) و ضریب دوطرفه بودن ماژول را وارد می‌کند. برآوردهای تضمینی کیلووات‌ساعت را با خط مبنای تک‌روی روی همان چیدمان مقایسه کنید. اگر تنها منفعت دوطرفه رقم ۳۰ درصدی بروشور بازاریابی بدون ورودی مختص محل است، با تردید به آن نگاه کنید. روی بام‌های تجاری صاف با غشای سفید و رک شیبدار، ماژول دوطرفه اغلب انتخابی منطقی است. روی بام‌های شیب‌دار مسکونی معمول با شینگل مرکب، ماژول‌های تک‌روی پرراندمان غالباً ارزش بهتری به ازای هر وات می‌دهند.

سوءبرداشت‌های رایج شامل این است که ماژول دوطرفه بدون نور بازتابی هم کار می‌کند (باز هم به تابش معنادار پشت نیاز دارد)، این‌که سلول‌های پشت اینورتر خاص می‌خواهند (نمی‌خواهند؛ جریان هر دو وجه در همان مدار سلول جمع می‌شود)، و این‌که دوطرفه همیشه یعنی دو برابر توان (این‌طور نیست). خطای دیگر نصب ماژول دوطرفه به‌صورت چسبیده روی سطح تیره و انتظار افزایش زیاد است. طراحی محل نصب و مدیریت albedo، مثل انتخاب پوشش زمین روشن‌تر زیر نصب زمینی، بخشی از فناوری است نه فکر بعدی.

تیم‌های نصب و بهره‌برداری باید برنامهٔ نظافت را با رفتار دوطرفه در نظر بگیرند. آلودگی روی شیشهٔ پشت بازده دوطرفه را کم می‌کند، درست همان‌طور که آلودگی جلو جذب مستقیم را قطع می‌کند. رشد گیاه زیر آرایه‌های بلند روی ناحیهٔ بازتاب سایه می‌اندازد؛ علف‌زنی و کنترل علف‌های هرز کار نگهداری تولید می‌شود، نه فقط زیبایی. انباشت برف روی وجه پشت در چرخه‌های ذوب می‌تواند سهم پراکنده را تا پاک شدن مسدود کند. پلتفرم‌های پایشی که تابش جلو و پشت را جدا گزارش می‌کنند کمک می‌کنند افزایش مدل‌شدهٔ دوطرفه در سال اول بهره‌برداری اعتبارسنجی شود.

مدل‌سازی مالی پروژه‌های تجاری دوطرفه اغلب بودجهٔ بهبود albedo را شامل می‌شود. سفید کردن سنگریزه یا نصب ژئوممبران بازتابنده زیر ردیاب‌ها هزینهٔ سرمایه است که در برابر مگاوات‌ساعت افزایشی معامله می‌شود. تحلیل حساسیت نشان می‌دهد پروژه‌های دوطرفه با آماده‌سازی ضعیف زمین از پیش‌بینی عقب می‌مانند و اعتماد سرمایه‌گذار را فرسایش می‌دهند. albedo فرض‌شده را در برآورد انرژی مالی همان‌طور مستند کنید که وات ماژول و راندمان اینورتر را مستند می‌کنید.

موضوعات مرتبطی که بعداً ارزش فهمیدن دارند شامل چیدمان سلول نیمه‌بریدهٔ رایج در محصولات دوطرفه، مبانی سامانهٔ ردیابی و اثر ضریب دما بر عملکرد اقلیم گرم است. ماژول دوطرفه ابزاری اثبات‌شده برای افزایش بازده است وقتی هندسهٔ نصب و محیط زمین همکاری کنند. نوع ماژول را با بستر نصب هم‌تراز کنید، مدل‌سازی تولید مختص محل بخواهید و افزایش کم پشت در مسکونی را هنگام مقایسهٔ گزینه‌های تجهیزات صادقانه لحاظ کنید.