Яркий, солнечный, безоблачный день может показаться оптимальным местом для солнечных батарей. Но слишком много солнца и слишком много тепла могут фактически снизить эффективность фотогальваники.
При повышении рабочей температуры на 1 градус Цельсия традиционные солнечные элементы на основе кремния теряют эффективность примерно на 0,5%. В типичной фотоэлектрической установке, где температура модулей почти на 25 градусов выше температуры окружающей среды , потери энергии могут достигать 12%.
Это требует эффективных мер по охлаждению солнечных ферм. В Journal of Renewable and Sustainable Energy исследователи из Портлендского государственного университета, Университета штата Юта и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии исследовали, как использовать геометрию солнечных ферм для улучшения механизмов естественного охлаждения.
Некоторые современные методы охлаждения заставляют ветер или воду взаимодействовать с поверхностями солнечных панелей, в то время как в других используются специальные материалы с меньшей термической чувствительностью. Однако для работы этих методов требуются значительные ресурсы. Напротив, солнечная ферма с оптимально расположенными панелями, обращенными в правильном направлении, может охлаждаться за счет конвекции, используя окружающий ветер.
Команда улучшила модели, которые рассчитывают, сколько энергии будет производить данная солнечная электростанция на основе таких факторов, как материал, условия окружающей среды и температура панели. Они специально сосредоточились на геометрии солнечных ферм или на том, сколько «зазоров» присутствует между панелями.
«Наша гипотеза заключалась в том, что наиболее точная оценка конвекции солнечной электростанции и, в конечном итоге, эффективности производства должна учитывать ферму в целом и все возможные изменения конфигурации», — сказала автор Сара Смит из Портлендского государственного университета.
По дизайну две солнечные электростанции редко имеют одинаковую установку. Каждое из них уникально разработано для оптимизации солнечного излучения и соответствия окружающей среде. Например, наклон солнечных панелей меняется в зависимости от широты, а их высота зависит от растительности. Расстояние между рядами часто зависит от того, сколько земли доступно.
«Это означает, что теплоотводящий поток ветра также будет по-разному перемещаться по каждой солнечной электростанции в зависимости от ее расположения, что в конечном итоге изменит эффективность отвода тепла от поверхностей модулей», — сказал Смит.
Исследователи провели эксперименты в аэродинамической трубе и моделирование с высоким разрешением и собрали реальные данные, чтобы подтвердить свою модель. Они исследовали фотогальванический нагрев и охлаждение в зависимости от высоты модуля, расстояния между рядами, угла и ветра. Увеличение высоты солнечных элементов и увеличение расстояния между рядами панелей увеличили выходную мощность на 2-3%.
«Эта взаимосвязь между геометрией и эффективностью — огромный шаг к прогнозированию конвективного охлаждения для солнечных ферм на основе их уникальных устройств», — сказал Смит. «Это прокладывает путь к более точным моделям производства энергии и прогнозирования затрат в промышленности».
Статья «Рассмотрение конвекции как явления солнечной фермы расширяет современные прогнозы мощности для солнечной фотоэлектрической энергетики» написана Сарой Э. Смит, Брук Дж. Станиславски, Байроном К. Энгом, Насимом Али, Тимоти Дж. Сильверманом, Марком Калафом и Раулем Байоаном Калом. и появится в Журнале возобновляемых и устойчивых источников энергии 29 ноября 2022 г.
Теги: батарея, Солнце, энергия
