پنل خورشیدی دوطرفه یا Bifacial چیست؟

با پیشرفت فناوری انرژی های تجدیدپذیر، پنل های خورشیدی نیز از نظر طراحی و میزان بهره وری توسعه پیدا کرده اند. یکی از فناوری های جدید و پرکاربرد در این حوزه، پنل خورشیدی دوطرفه یا Bifacial است. برخلاف پنل های معمولی که عمدتاً نور خورشید را از سطح جلویی جذب می کنند، پنل های دوطرفه می توانند علاوه بر تابش مستقیم از قسمت جلو، بخشی از نور بازتاب شده از محیط را نیز از قسمت پشتی دریافت کنند. همین ویژگی می تواند در شرایط مناسب باعث افزایش میزان برق تولیدی شود.

پنل خورشیدی دوطرفه در پروژه های مختلفی مانند نیروگاه های خورشیدی زمینی، پروژه های صنعتی، پشت بام های دارای سطح روشن، مناطق برفی و زمین هایی با انعکاس بالا مورد استفاده قرار می گیرد. البته میزان بازده این پنل ها به عوامل مختلفی مانند نوع سطح زیر پنل، ارتفاع نصب، زاویه قرارگیری، میزان تابش و طراحی سازه بستگی دارد. در ادامه با نحوه عملکرد، انواع، مزایا، معایب، تفاوت با پنل های یک طرفه و نکات مهم خرید پنل خورشیدی دوطرفه آشنا می شویم.

پنل خورشیدی دوطرفه چیست؟

پنل خورشیدی دوطرفه نوعی پنل فتوولتائیک است که برخلاف پنل های معمولی، قابلیت جذب نور و تولید برق از هر دو سمت را دارد. سطح جلویی این پنل تابش مستقیم خورشید را دریافت می کند و بخش پشتی نیز می تواند از نور بازتاب شده از زمین، سقف یا سطوح اطراف بهره ببرد. میزان انرژی تولیدی پنل خورشیدی دوطرفه به عواملی مانند شدت تابش، میزان انعکاس سطح زیر پنل، ارتفاع نصب، زاویه قرارگیری و میزان سایه بستگی دارد؛ به همین دلیل در محیط هایی مانند نیروگاه های زمینی، مناطق برفی، زمین های روشن و سازه های مرتفع می تواند عملکرد و بازده بالاتری نسبت به پنل های یک طرفه داشته باشد.

نحوه عملکرد پنل خورشیدی دوطرفه

پنل خورشیدی دوطرفه با استفاده از سلول های فتوولتائیک خود می تواند تابش خورشید را از هر دو سطح جذب و به انرژی الکتریکی تبدیل کند. سطح جلویی پنل مانند پنل های معمولی، نور مستقیم خورشید را دریافت می کند؛ اما بخش پشتی نیز به گونه ای طراحی شده است که بتواند نور بازتاب شده از سطح زمین یا محیط اطراف را جذب کند. این نور پس از برخورد با سطوح مختلف مانند بتن روشن، شن، ماسه، برف یا پوشش های بازتابنده به سمت پشت پنل بازمی گردد و سلول های خورشیدی پشتی نیز از آن برای تولید برق استفاده می کنند.

میزان انرژی تولیدشده از قسمت پشتی پنل به عواملی مانند ضریب انعکاس سطح زیر پنل، ارتفاع نصب، زاویه قرارگیری، فاصله بین ردیف ها و میزان سایه اندازی بستگی دارد. بنابراین، هرچه سطح زیر پنل روشن تر و بازتابنده تر باشد و طراحی سازه امکان دریافت نور بیشتری را از پشت فراهم کند، بهره وری پنل دوطرفه نیز افزایش خواهد یافت.

نقش ضریب انعکاس سطح در عملکرد پنل خورشیدی دوطرفه

ضریب انعکاس سطح یا آلبدو نشان می دهد که یک سطح چه مقدار از نور خورشید را پس از برخورد، به محیط بازمی تاباند. این عامل در عملکرد پنل خورشیدی دوطرفه اهمیت زیادی دارد، زیرا قسمت پشتی پنل برای تولید برق از نور بازتاب شده از سطح زیرین استفاده می کند. هرچه ضریب انعکاس سطح بیشتر باشد، نور بیشتری به سمت پشت پنل بازمی گردد و در نتیجه پتانسیل تولید برق افزایش می یابد. برای مثال، سطوح روشن مانند برف، بتن سفید و شن وماسه روشن معمولاً بازتاب بیشتری نسبت به سطوح تیره مانند آسفالت دارند. بنابراین در طراحی سیستم های مجهز به پنل Bifacial، انتخاب سطح زیر پنل، ارتفاع نصب و نحوه چیدمان سازه اهمیت زیادی دارد؛ زیرا حتی یک پنل با راندمان بالا نیز در صورت نصب روی سطحی کم انعکاس، نمی تواند به طور کامل از قابلیت تولید برق از سمت پشتی خود استفاده کند.

ساختار و اجزای پنل خورشیدی دوطرفه

پنل خورشیدی دوطرفه از نظر ساختار کلی شباهت زیادی به پنل های خورشیدی معمولی دارد، اما اجزای آن به گونه ای طراحی شده اند که امکان جذب نور از هر دو طرف پنل فراهم شود.

·       سلول های خورشیدی دوطرفه: مهم ترین بخش پنل Bifacial، سلول های خورشیدی دوطرفه هستند که قابلیت جذب نور از هر دو سطح را دارند. این سلول ها علاوه بر دریافت تابش مستقیم از قسمت جلویی، می توانند بخشی از نور بازتاب شده از محیط را نیز از قسمت پشتی جذب کرده و به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

·       شیشه جلویی و پشتی: بسیاری از پنل های خورشیدی دوطرفه از ساختار شیشه-شیشه بهره می برند؛ به این معنا که سلول های خورشیدی بین دو لایه شیشه قرار گرفته اند. شیشه پشتی معمولاً شفاف است و اجازه می دهد نور بازتاب شده از سطح زیرین به سلول های پشتی برسد. این ساختار علاوه بر کمک به عملکرد دوطرفه پنل، می تواند مقاومت آن را در برابر عوامل محیطی افزایش دهد.

·       لایه های محافظ و آب بندی: لایه های محافظ در اطراف سلول های خورشیدی قرار می گیرند و از آنها در برابر رطوبت، گردوغبار، تغییرات دما و سایر عوامل محیطی محافظت می کنند. کیفیت این لایه ها بر دوام و طول عمر پنل تأثیر مستقیمی دارد.

·       فریم آلومینیومی: فریم آلومینیومی وظیفه ایجاد استحکام و محافظت از لبه های پنل را بر عهده دارد. برخی مدل های پنل دوطرفه با طراحی بدون فریم تولید می شوند تا وزن کمتر و سایه اندازی محدودتری در قسمت پشتی داشته باشند.

·       جعبه اتصال: جعبه اتصال در قسمت پشتی پنل قرار دارد و جریان الکتریکی تولیدشده توسط سلول ها را جمع آوری و به کابل های خروجی منتقل می کند. طراحی و کیفیت این بخش در عملکرد ایمن و پایدار پنل اهمیت زیادی دارد.

·       کابل ها و کانکتورها: کابل ها و کانکتورها برای اتصال پنل به سایر اجزای سیستم خورشیدی مانند اینورتر و سایر پنل ها استفاده می شوند. این تجهیزات باید در برابر شرایط محیطی و تغییرات دما مقاومت مناسبی داشته باشند.

·       سطح پشتی شفاف: یکی از ویژگی های مهم پنل خورشیدی دوطرفه، شفاف بودن بخش پشتی آن است. این ویژگی باعث می شود نور بازتاب شده از سطح زمین یا محیط اطراف به سلول های پشتی برسد و در فرآیند تولید برق مورد استفاده قرار گیرد.

انواع پنل خورشیدی دوطرفه

پنل های خورشیدی دوطرفه را می توان بر اساس ساختار فیزیکی، نوع سلول خورشیدی و فناوری به کاررفته در تولید آنها دسته بندی کرد. هر یک از این مدل ها ویژگی های متفاوتی دارند و انتخاب میان آنها باید بر اساس شرایط پروژه، میزان تابش، نوع سازه و بودجه انجام شود.

پنل خورشیدی دوطرفه شیشه به شیشه (Glass-Glass)

در این نوع پنل، سلول های خورشیدی بین دو لایه شیشه قرار می گیرند. شیشه پشتی شفاف است و امکان عبور نور بازتاب شده از سطح زیر پنل را فراهم می کند. این ساختار معمولاً مقاومت مناسبی در برابر رطوبت، تغییرات دما و عوامل محیطی دارد و به همین دلیل در بسیاری از پروژه های نیروگاهی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

پنل خورشیدی دوطرفه شیشه و بک شیت شفاف

در این مدل، سطح جلویی پنل از شیشه ساخته شده و در قسمت پشتی از یک لایه محافظ شفاف استفاده می شود. بک شیت شفاف علاوه بر محافظت از سلول های خورشیدی، امکان عبور نور از سمت پشتی را فراهم می کند. این پنل ها در برخی پروژه ها به دلیل وزن متفاوت نسبت به مدل های Glass-Glass مورد توجه قرار می گیرند.

پنل خورشیدی مونوکریستال دوطرفه

در این پنل ها از سلول های مونوکریستال استفاده می شود. مونوکریستال ها به دلیل راندمان مناسب و عملکرد مطلوب، یکی از رایج ترین فناوری ها در تولید پنل های Bifacial محسوب می شوند. این مدل ها برای پروژه هایی که فضای نصب محدود است و تولید انرژی بیشتر از سطح مشخص اهمیت دارد، گزینه مناسبی هستند.

پنل خورشیدی دوطرفه TOPCon

فناوری TOPCon یکی از فناوری های جدیدتر در ساخت سلول های خورشیدی است که در بسیاری از پنل های دوطرفه مدرن مورد استفاده قرار می گیرد. این فناوری با هدف افزایش راندمان سلول و بهبود عملکرد پنل توسعه یافته است و می تواند در پروژه های جدید خورشیدی مورد توجه قرار گیرد.

پنل خورشیدی دوطرفه HJT

پنل های HJT یا سلول های خورشیدی هتروجانکشن نیز از فناوری های پیشرفته در ساخت پنل های دوطرفه هستند. این پنل ها با ترکیب ساختارهای مختلف سلول خورشیدی، برای دستیابی به راندمان بالا و عملکرد مناسب در شرایط مختلف طراحی می شوند.

پنل خورشیدی دوطرفه بدون فریم

برخی پنل های Bifacial بدون فریم آلومینیومی تولید می شوند. حذف فریم می تواند به کاهش سایه اندازی روی بخش پشتی پنل کمک کند و امکان دریافت نور بیشتری را فراهم آورد. البته در این مدل ها، طراحی سازه و روش نصب اهمیت بیشتری پیدا می کند.

مزایای پنل خورشیدی دوطرفه

·       تولید برق از دو سطح پنل

·       افزایش ظرفیت تولید انرژی

·       استفاده از نور بازتاب شده از سطح زمین و محیط اطراف

·       بازدهی بیشتر در شرایط مناسب نصب

·       استفاده بهتر از فضا و سطح نصب

·       عملکرد مناسب در مناطق برفی و سطوح روشن

·       قابلیت استفاده در نیروگاه های خورشیدی زمینی و پروژه های صنعتی

·       دوام و مقاومت مناسب در برابر عوامل محیطی

·       کاهش هزینه تولید هر کیلووات ساعت در پروژه های مناسب

·       امکان بهره برداری بهتر از تابش های غیرمستقیم و بازتاب شده

·       مناسب برای نصب روی سازه های مرتفع و پارکینگ های خورشیدی

·       پتانسیل عملکرد بهتر در طول عمر پروژه

معایب و محدودیت های پنل خورشیدی دوطرفه

·       قیمت اولیه بالاتر نسبت به برخی پنل های یک طرفه

·       نیاز به طراحی دقیق تر سازه و سیستم نصب

·       وابستگی عملکرد به میزان انعکاس سطح زیر پنل

·       کاهش مزیت پنل در سطوح تیره و کم انعکاس

·       تأثیر منفی سایه اندازی بر قسمت پشتی پنل

·       نیاز به ارتفاع و فاصله مناسب از سطح زیرین برای عملکرد بهتر

·       وزن بیشتر در برخی مدل های شیشه به شیشه (Glass-Glass)

·       نیاز به بررسی دقیق تر شرایط محیطی و محل نصب

·       پیچیدگی بیشتر در طراحی و چیدمان نیروگاه

·       عدم بهره برداری کامل از قابلیت دوطرفه در همه پروژه ها

·       وابستگی میزان تولید برق به شرایط آب وهوایی و محیطی

·       احتمال افزایش هزینه سازه و نصب در برخی پروژه ها

تفاوت پنل خورشیدی دوطرفه و یک طرفه

تفاوت اصلی پنل خورشیدی دوطرفه و یک طرفه در نحوه جذب نور و تولید انرژی است. پنل خورشیدی یک طرفه عمدتاً نور خورشید را از سطح جلویی دریافت می کند و بخش پشتی آن نقش مستقیمی در تولید برق ندارد؛ اما پنل خورشیدی دوطرفه علاوه بر جذب تابش مستقیم از سطح جلویی، می تواند نور بازتاب شده از زمین و محیط اطراف را نیز از قسمت پشتی جذب کند. به همین دلیل، پنل های دوطرفه در شرایطی مانند نصب روی سطوح روشن، مناطق برفی یا سازه های مرتفع می توانند پتانسیل تولید انرژی بیشتری داشته باشند.

از نظر نصب نیز پنل های یک طرفه معمولاً به طراحی ساده تری نیاز دارند، در حالی که برای استفاده کامل از قابلیت پنل های دوطرفه باید عواملی مانند ارتفاع نصب، میزان انعکاس سطح زیرین، فاصله بین ردیف ها و میزان سایه اندازی به دقت بررسی شود. پنل های دوطرفه ممکن است قیمت اولیه بیشتری داشته باشند، اما در پروژه هایی که شرایط مناسب برای دریافت نور از قسمت پشتی وجود دارد، افزایش تولید انرژی می تواند این هزینه اضافی را توجیه کند. بنابراین، انتخاب بین پنل یک طرفه و دوطرفه باید بر اساس شرایط محل نصب و هدف پروژه انجام شود.

عوامل مؤثر بر عملکرد پنل خورشیدی دوطرفه

عملکرد پنل خورشیدی دوطرفه به عوامل مختلفی بستگی دارد و تنها به توان نامی یا راندمان پنل محدود نمی شود. از آنجا که این پنل ها برای تولید برق از قسمت پشتی نیز به نور بازتاب شده نیاز دارند، شرایط محیطی و نحوه نصب تأثیر زیادی بر میزان انرژی تولیدی آنها دارد.

·       میزان انعکاس سطح زیر پنل: یکی از مهم ترین عوامل، ضریب انعکاس یا آلبدو سطح زیر پنل است. سطوح روشن مانند برف، بتن سفید و شن وماسه روشن نور بیشتری را به سمت پشت پنل بازتاب می کنند و می توانند به افزایش تولید برق کمک کنند. در مقابل، سطوح تیره مانند آسفالت نور بیشتری را جذب کرده و بازتاب کمتری دارند.

·       ارتفاع نصب پنل: ارتفاع پنل از سطح زمین نیز اهمیت زیادی دارد. افزایش فاصله بین پنل و سطح زیرین می تواند امکان رسیدن نور بازتاب شده به قسمت پشتی را بیشتر کند. البته ارتفاع مناسب باید با توجه به نوع پروژه، شرایط باد و طراحی سازه تعیین شود.

·       زاویه قرارگیری پنل: زاویه نصب پنل باید متناسب با موقعیت جغرافیایی و مسیر حرکت خورشید انتخاب شود. زاویه نامناسب می تواند میزان دریافت تابش مستقیم از سطح جلو و نور بازتاب شده از قسمت پشت را کاهش دهد.

·       فاصله بین ردیف های پنل: چیدمان پنل ها در یک نیروگاه یا سیستم خورشیدی باید به گونه ای باشد که ردیف های مختلف کمترین سایه را روی یکدیگر ایجاد کنند. فاصله مناسب بین ردیف ها به دریافت بهتر نور توسط هر دو سطح پنل کمک می کند.

·       میزان سایه اندازی: سایه می تواند عملکرد قسمت جلویی و پشتی پنل را کاهش دهد. در پنل های دوطرفه، بررسی سایه های ایجادشده توسط سازه، پنل های مجاور، ساختمان ها و سایر موانع اهمیت بیشتری دارد.

·       شدت تابش خورشید: میزان تابش خورشید در منطقه نصب، یکی از عوامل اصلی تعیین کننده میزان تولید برق است. مناطق دارای تابش خورشیدی بیشتر معمولاً پتانسیل بالاتری برای بهره برداری از پنل های دوطرفه دارند.

·       نوع و فناوری سلول های خورشیدی: فناوری به کاررفته در سلول های پنل، مانند مونوکریستال، TOPCon یا HJT، بر راندمان و عملکرد آن تأثیر دارد. همچنین میزان حساسیت و توانایی سلول ها در جذب نور از قسمت پشتی نیز در عملکرد کلی پنل مؤثر است.

·       دمای محیط: افزایش بیش از حد دما می تواند بر عملکرد سلول های خورشیدی تأثیر منفی بگذارد. طراحی مناسب برای ایجاد جریان هوا در اطراف پنل می تواند به کاهش دما و حفظ عملکرد آن کمک کند.

·       تمیزی سطح پنل: گردوغبار، آلودگی و رسوبات روی سطح جلویی یا پشتی پنل می توانند میزان دریافت نور را کاهش دهند. به همین دلیل، نظافت و نگهداری منظم به ویژه در مناطق خشک و گردوغبارخیز اهمیت زیادی دارد.