Iranian Electric Industry Journal of Quality and Productivity

fa آثار سایه بر عملکرد پنل خورشیدی فتوولتائیک و روش‌های مقابله با آن Impacts of Shading on Photovoltaic Panel Performance and Mitigating Strategies تخصصي Special پژوهشي Research پنل‌های فتوولتائیک، به‌عنوان یکی از رکن‌های اصلی تولید انرژی‌های تجدیدپذیر، نقشی محوری در گذار اصلی به سمت استفاده از منابع پاک انرژی ایفا می‌کنند. با این حال، آثار مخرب سایه‌اندازی به‌عنوان یکی از چالش‌های اجتناب‌ناپذیر محیطی می‌تواند کارایی این سامانه‌ها را به‌طور چشمگیری کاهش دهد. این مقاله مروری با هدف ارائه‌ی تحلیل جامع از تأثیر انواع سایه‌اندازی بر عملکرد پنل‌های فتوولتائیک و معرفی راهکارهای نوین کاهش آثار آن تدوین شده است. ابتدا انواع سایه شامل سایه‌های افقی، عمودی، مورب و پراکنده و آثار مستقیم آن‌ها بر کاهش بهره‌وری، ایجاد نقطه داغ و افت ضریب پرشدگی بررسی شده است. در ادامه، سه رویکرد اصلی مقابله با آثار سایه‌اندازی شامل استفاده از تجهیزات الکتریکی نظیر دیود بایپس، اپتیمایزرها و میکرواینورترها، بهینه‌سازی ساختار سلول‌ها از طریق طراحی‌هایی مانند سلول‌های نیمه و شینگل، و استفاده از پیکربندی‌های پیشرفته آرایه‌های خورشیدی نظیر پل کامل متقاطع و سودوکو مرور شده است. بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که پیکربندی‌های نوآورانه مانند سودوکو و طراحی‌های مبتنی بر جا‌به‌جایی فیزیکی می‌توانند در کاهش تلفات توان و افزایش کارایی سیستم‌ها تحت شرایط سایه‌اندازی، عملکرد بهتری نسبت به روش‌های سنتی ارائه دهند. برخی از این روش‌های بازپیکربندی مانند توانسته میانگین افزایش توان خروجی را تا 22.46 درصد در مقایسه با روش‌های متداول، به‌ویژه روش پل کامل متقاطع، ارائه دهد و گاهی بازپیکربندی‌هایی مانند سودوکو، تلفات توان را در برخی مدل‌های سایه تا 53.68 درصد کاهش داده است. در نهایت، مسیرهای تحقیقاتی آینده شامل توسعه مدل‌های پیش‌بینی هوشمند سایه، تحلیل ترکیبی آثار سایه و آلودگی، و استفاده از فناوری‌های جدید در پنل‌های انعطاف‌پذیر معرفی شده‌اند. این مقاله مروری با هدف فراهم‌سازی دیدگاهی جامع برای ارتقای بهره‌وری سامانه‌های فتوولتائیک و کاهش اثر سایه تدوین شده است.   Photovoltaic technology has emerged as a central pillar of renewable energy generation and a vital enabler in the global transition toward sustainable, low-carbon energy systems. Among the multiple challenges faced by PV systems, shading represents one of the most prevalent and detrimental factors affecting their performance. Whether caused by nearby buildings, trees, transmission lines, or even temporary obstructions such as passing clouds, shading reduces the availability of solar irradiance on module surfaces, leading to significant power losses, hot spot formation, mismatch issues, and accelerated degradation of solar cells. Given the unavoidable nature of shading, especially in dense urban environments, comprehensive research into its impacts and the development of effective mitigation strategies have gained considerable momentum recently.This review article presents an in-depth analysis of shading phenomena on photovoltaic panels and critically evaluates the effectiveness of existing and emerging solutions. The study begins by classifying shading into various categories, such as horizontal, vertical, oblique, and scattered, each of which influences PV module output in distinct ways. Horizontal and vertical shadows typically create partial shading patterns that disproportionately affect series-connected cells, while scattered and oblique shading introduces irregular current mismatches that compromise both the fill factor and overall efficiency. The review highlights that even minimal partial shading can disproportionately reduce system output due to the series configuration of PV cells, where the weakest cell dictates the performance of the entire string. Furthermore, hot spots induced by shading not only lower output but also jeopardize the structural integrity and lifespan of the modules. To counter these adverse effects, three principal groups of mitigation strategies are examined.The first involves electrical devices such as bypass diodes, DC optimizers, and microinverters. Bypass diodes, when integrated at the cell or string level, provide alternative pathways for current flow, thereby limiting voltage drops and preventing local overheating. Studies reveal that modules with integrated bypass diodes exhibit substantially reduced power losses under single-cell or row shading compared with standard modules. DC optimizers, though costlier, further enhance individual panel performance by dynamically adjusting voltage and current, while microinverters enable independent operation of each module, reducing system-level mismatch. The second strategy relates to modifications in cell structure. Advances such as half-cut cells and shingled cells distribute shading effects more evenly across the module, thereby minimizing mismatch losses. Experimental evidence indicates that half-cell configurations can reduce current loss by over 25% compared to full-cell modules under localized shading. Similarly, shingled modules enhance both current pathways and compatibility with bypass diode integration, leading to improved resilience against irregular shadows.  The third and most innovative category involves reconfigurations of PV array interconnections. Traditional series-parallel arrangements often exacerbate mismatch issues under partial shading, whereas advanced configurations offer superior shade tolerance. In particular, have demonstrated remarkable improvements in experimental and simulation studies. Reported results include up to 22.46% enhancement in maximum output power and as much as 53.68% reduction in mismatch losses compared with conventional methods. Moreover, physical rearrangement techniques that disperse shadowed cells more uniformly across the array further improve fill factor and reduce hot spot risks, making them promising candidates for large-scale deployment. Beyond technical solutions, the review underscores the importance of integrating predictive modeling, machine learning, and smart monitoring systems into PV management frameworks.Emerging approaches involve artificial intelligence–based shading prediction models, hybrid analyses that consider the combined effects of shading and soiling, and the exploration of novel PV technologies such as bifacial and flexible panels. These innovations not only mitigate shading impacts but also improve adaptability in diverse installation contexts. In conclusion, shading is a major challenge to photovoltaic efficiency but also an opportunity for innovation. While electrical devices and structural improvements benefit small-scale systems, advanced reconfiguration methods such as Sudoku arrays show great promise for larger and urban applications. Choosing the right strategy requires balancing performance, cost, and site conditions. Future research should focus on smart grid integration, economic and environmental assessments, and scaling up novel technologies to support the transition to sustainable energy.   پنل‌ فتوولتائیک, سایه‌اندازی, دیود بایپس, پیکربندی سلول‌ها, انرژی تجدیدپذیر. Photovoltaic Panels, Shading, Bypass Diode, Cells Configuration, Renewable Energy. 16 28 http://ieijqp.ir/browse.php?a_code=A-10-1035-3&slc_lang=fa&sid=1 Shayan Bozorgpuore شایان بزرگپور Shayanbozorgpuore@gmail.com 2620464803 10031947532846007346 No Department of Renewable Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran گروه مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر - دانشگاه شهید بهشتی - تهران- ایران Aslan Gholami اصلان غلامی a_gholami@sbu.ac.ir 1270493574 10031947532846007347 Yes Department of Renewable Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran گروه مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر - دانشگاه شهید بهشتی - تهران- ایران