محاسبه انرژی خورشیدی روزانه تولید شده در هر متر مربع بر اساس آخرین راندمان ماژول‌های فتوولتائیک

با پیشرفت‌های مداوم در فناوری فتوولتائیک (PV)، بازده صفحات خورشیدی تجاری به‌طور قابل‌توجهی بهبود یافته است و امکان تولید انرژی بیشتری از همان سطح را فراهم کرده است. این مقاله راهنمای گام‌به‌گامی برای محاسبه خروجی تخمینی انرژی روزانه در هر متر مربع با استفاده از جدیدترین بازده ماژول‌های فتوولتائیک ارائه می‌دهد.

1. عوامل کلیدی در محاسبه

• بازده ماژول فتوولتائیک (η): درصد نور خورشید که به برق تبدیل می‌شود. بر اساس داده‌های اخیر (2024–2025)، بازده صفحات تجاری بین 18% تا 24% برای ماژول‌های متداول سیلیکون تک‌بلوری است، در حالی که برخی مدل‌های با عملکرد بالا از 25% نیز فراتر می‌روند.

• تابش خورشیدی: مقدار نور خورشیدی که به سطح زمین می‌رسد و بر حسب کیلووات‌ساعت در هر متر مربع در روز (kWh/m²/day) اندازه‌گیری می‌شود. این مقدار بسته به موقعیت جغرافیایی، فصل و آب‌وهوا متفاوت است.

• نسبت عملکرد (PR): ضریبی که اتلاف سیستم (مانند دما، سیم‌کشی، گرد و غبار، ناکارآمدی اینورتر) را در نظر می‌گیرد. معمولاً مقدار PR بین 0.75 تا 0.85 برای سیستم‌های به‌خوبی نگهداری‌شده متغیر است.

• ساعت نور خورشیدی اوج: معادل ساعات تابش خورشیدی در شرایط استاندارد آزمایش (STC: 1000 وات بر متر مربع). PSH از نظر عددی برابر با تابش روزانه خورشید به کیلووات‌ساعت بر متر مربع در روز است.

2. فرمول محاسبه

تولید روزانه انرژی در هر متر مربع را می‌توان به صورت زیر تخمین زد:

$${ا}_{\text{روزانه}}=G\times \eta \times \text{Pr}$$Edaily​=G×η×PR

جایی که:

• ${ا}_{\text{روزانه}}$Edaily​ = خروجی انرژی روزانه به ازای هر متر مربع (کیلووات‌ساعت/متر مربع/روز)

• $G$G = تابش خورشیدی روزانه (کیلووات‌ساعت/متر مربع/روز)

• $\eta$η = بازده ماژول فتوولتائیک (به صورت اعشاری، مثلاً 0.22 برای 22%)

• $\text{Pr}$Pr = نسبت عملکرد (به‌طور پیش‌فرض 0.80 در صورت ناشناخته بودن)

3. مثال مرحله‌به‌مرحله

شرایط زیر را فرض کنید:

• مکان: مدрид، اسپانیا

• میانگین تابش خورشیدی روزانه (G): 5.2 کیلووات‌ساعت/متر مربع/روز (میانگین سالانه)

• بازده ماژول فتوولتائیک (η): 22% (0.22)

• نسبت عملکرد (PR):  0.82

محاسبه:

$${ا}_{\text{روزانه}}=5.2\text{کیلووات‌ساعت بر متر مربع در روز}\times 0.22\times 0.82=0.938\text{کیلووات‌ساعت بر متر مربع در روز}$$Edaily​=5.2kWh/m²/day×0.22×0.82=0.938kWh/m²/day

بنابراین، هر متر مربع از سطح ماژول فتوولتائیک در این شرایط تقریباً 0.94 کیلووات‌ساعت در روز تولید می‌کند.

4. تأثیر ماژول‌های اخیر با بازده بالا

استفاده از یک ماژول با بازده بالا (η = 25% یا 0.25) در همان شرایط:

$${ا}_{\text{روزانه}}=5.2\times 0.25\times 0.82=1.066\text{کیلووات‌ساعت بر متر مربع در روز}$$Edaily​=5.2×0.25×0.82=1.066kWh/m²/day

این مقدار نشان‌دهندهٔ افزایش ۱۳٫۶ درصدی در خروجی روزانه نسبت به ماژول با راندمان ۲۲ درصد.

۵. ملاحظات مهم

• تلفات دمایی: دمای بالا می‌تواند راندمان صفحه را کاهش دهد. اکثر صفحات دارای ضریب دمایی حدود ۰٫۳- تا ۰٫۴- درصد بر افزایش هر درجه سانتیگراد بالاتر از شرایط استاندارد (STC) (۲۵°C) هستند.

• سایه‌اندازی و جهت‌گیری: محاسبات بر اساس زاویه و جهت‌گیری بهینه فرض شده‌اند. هرگونه انحراف، خروجی را کاهش می‌دهد.

• زوال: صفحات مدرن سالانه حدود ۰٫۵ درصد فرسوده می‌شوند و به تدریج خروجی آنها کاهش می‌یابد.

• تلفات طیفی و بازتابی: این تلفات عموماً در نسبت عملکرد (Performance Ratio) لحاظ شده‌اند.

6. جدول مرجع سریع: تولید تخمینی روزانه به ازای هر متر مربع

7. نتیجه‌گیری

محاسبه دقیق خروجی روزانه انرژی خورشیدی در هر متر مربع نیازمند داده‌های به‌روز درباره بازده ماژول، مقادیر تابش محلی و عوامل تلفات واقع‌بینانه است. با توجه به پنل‌های کارآمد کنونی که از 24٪ بازده فراتر می‌روند، سیستم‌های خورشیدی می‌توانند در مناطق آفتابی بیش از 1 کیلووات‌ساعت در هر متر مربع در روز تولید کنند و به این ترتیب مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی نصب‌های خورشیدی افزایش می‌یابد.

با پیشرفت‌های مداوم در فناوری فتوولتائیک (PV)، بازده صفحات خورشیدی تجاری به‌طور قابل‌توجهی بهبود یافته است و امکان تولید انرژی بیشتری از همان سطح را فراهم کرده است. این مقاله راهنمای گام‌به‌گامی برای محاسبه خروجی تخمینی انرژی روزانه در هر متر مربع با استفاده از جدیدترین بازده ماژول‌های فتوولتائیک ارائه می‌دهد.

1. عوامل کلیدی در محاسبه

• بازده ماژول فتوولتائیک (η): درصد نور خورشید که به برق تبدیل می‌شود. بر اساس داده‌های اخیر (2024–2025)، بازده صفحات تجاری بین 18% تا 24% برای ماژول‌های متداول سیلیکون تک‌بلوری است، در حالی که برخی مدل‌های با عملکرد بالا از 25% نیز فراتر می‌روند.

• تابش خورشیدی: مقدار نور خورشیدی که به سطح زمین می‌رسد و بر حسب کیلووات‌ساعت در هر متر مربع در روز (kWh/m²/day) اندازه‌گیری می‌شود. این مقدار بسته به موقعیت جغرافیایی، فصل و آب‌وهوا متفاوت است.

• نسبت عملکرد (PR): ضریبی که اتلاف سیستم (مانند دما، سیم‌کشی، گرد و غبار، ناکارآمدی اینورتر) را در نظر می‌گیرد. معمولاً مقدار PR بین 0.75 تا 0.85 برای سیستم‌های به‌خوبی نگهداری‌شده متغیر است.

• ساعت نور خورشیدی اوج: معادل ساعات تابش خورشیدی در شرایط استاندارد آزمایش (STC: 1000 وات بر متر مربع). PSH از نظر عددی برابر با تابش روزانه خورشید به کیلووات‌ساعت بر متر مربع در روز است.

2. فرمول محاسبه

تولید روزانه انرژی در هر متر مربع را می‌توان به صورت زیر تخمین زد:

$${ا}_{\text{روزانه}}=G\times \eta \times \text{Pr}$$Edaily​=G×η×PR

جایی که:

• ${ا}_{\text{روزانه}}$Edaily​ = خروجی انرژی روزانه به ازای هر متر مربع (کیلووات‌ساعت/متر مربع/روز)

• $G$G = تابش خورشیدی روزانه (کیلووات‌ساعت/متر مربع/روز)

• $\eta$η = بازده ماژول فتوولتائیک (به صورت اعشاری، مثلاً 0.22 برای 22%)

• $\text{Pr}$Pr = نسبت عملکرد (به‌طور پیش‌فرض 0.80 در صورت ناشناخته بودن)

3. مثال مرحله‌به‌مرحله

شرایط زیر را فرض کنید:

• مکان: مدрид، اسپانیا

• میانگین تابش خورشیدی روزانه (G): 5.2 کیلووات‌ساعت/متر مربع/روز (میانگین سالانه)

• بازده ماژول فتوولتائیک (η): 22% (0.22)

• نسبت عملکرد (PR):  0.82

محاسبه:

$${ا}_{\text{روزانه}}=5.2\text{کیلووات‌ساعت بر متر مربع در روز}\times 0.22\times 0.82=0.938\text{کیلووات‌ساعت بر متر مربع در روز}$$Edaily​=5.2kWh/m²/day×0.22×0.82=0.938kWh/m²/day

بنابراین، هر متر مربع از سطح ماژول فتوولتائیک در این شرایط تقریباً 0.94 کیلووات‌ساعت در روز تولید می‌کند.

4. تأثیر ماژول‌های اخیر با بازده بالا

استفاده از یک ماژول با بازده بالا (η = 25% یا 0.25) در همان شرایط:

$${ا}_{\text{روزانه}}=5.2\times 0.25\times 0.82=1.066\text{کیلووات‌ساعت بر متر مربع در روز}$$Edaily​=5.2×0.25×0.82=1.066kWh/m²/day

این مقدار نشان‌دهندهٔ افزایش ۱۳٫۶ درصدی در خروجی روزانه نسبت به ماژول با راندمان ۲۲ درصد.

۵. ملاحظات مهم

• تلفات دمایی: دمای بالا می‌تواند راندمان صفحه را کاهش دهد. اکثر صفحات دارای ضریب دمایی حدود ۰٫۳- تا ۰٫۴- درصد بر افزایش هر درجه سانتیگراد بالاتر از شرایط استاندارد (STC) (۲۵°C) هستند.

• سایه‌اندازی و جهت‌گیری: محاسبات بر اساس زاویه و جهت‌گیری بهینه فرض شده‌اند. هرگونه انحراف، خروجی را کاهش می‌دهد.

• زوال: صفحات مدرن سالانه حدود ۰٫۵ درصد فرسوده می‌شوند و به تدریج خروجی آنها کاهش می‌یابد.

• تلفات طیفی و بازتابی: این تلفات عموماً در نسبت عملکرد (Performance Ratio) لحاظ شده‌اند.

6. جدول مرجع سریع: تولید تخمینی روزانه به ازای هر متر مربع

7. نتیجه‌گیری

محاسبه دقیق خروجی روزانه انرژی خورشیدی در هر متر مربع نیازمند داده‌های به‌روز درباره بازده ماژول، مقادیر تابش محلی و عوامل تلفات واقع‌بینانه است. با توجه به پنل‌های کارآمد کنونی که از 24٪ بازده فراتر می‌روند، سیستم‌های خورشیدی می‌توانند در مناطق آفتابی بیش از 1 کیلووات‌ساعت در هر متر مربع در روز تولید کنند و به این ترتیب مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی نصب‌های خورشیدی افزایش می‌یابد.