Дослідники проливають світло на таємничий вищий вихід енергії у вертикальних фотоелектричних системах

“Хоча на конференціях і семінарах повідомлялося про кращу, ніж очікувалося, продуктивність вертикальної установки двосторонніх фотоелектричних модулів, ми не бачили жодної публікації, яка б показувала, що це супроводжується набагато нижчою робочою температурою, ніж можна було б очікувати для окремо розташованих фотоелектричних модулів з фіксованим кутом нахилу при однаковому загальному опроміненні”, – зазначає автор дослідження Бас Б. Ван Акен (Bas B. Van Aken). “Ці нижчі робочі температури позитивно впливають на робочу напругу. І тим самим на загальну генерацію енергії, особливо в умовах високого опромінення”.

У дослідженні “Теплова модель у цифровому двійнику вертикальної фотоелектричної системи допомагає пояснити неочікуване зростання продуктивності”, опублікованому в EPJ Photovoltaics, Ван Акен та його колеги пояснили, що на напругу впливає як кількість світла, так і температура сонячних елементів. Зі збільшенням освітленості напруга зростає в логарифмічній прогресії, в той час як з підвищенням температури напруга зменшується, як правило, на 0,3-0,4% на градус Цельсія.

“Для стандартної системи ми спостерігали, що за високих умов опромінення збільшення за рахунок світла компенсується зменшенням за рахунок вищої робочої температури, – підкреслив Ван Акен. “Однак у вертикальній системі ми помітили, що робоча температура зростає не так сильно, а збільшення і зменшення напруги більш-менш врівноважуються”.

Для свого моделювання група використовувала цифрові двійники, які є віртуальними представленнями, що з’єднують і візуалізують реальні активи, для створення двійників, що складаються з реальної фотоелектричної системи та її копії в цифровому форматі. Цифрові двійники зазвичай використовуються для експлуатації та обслуговування (O&M) сонячних електростанцій.

“Цифрова версія імітує потужність фотоелектричних панелей на основі часових рядів погодних та інших даних про навколишнє середовище. Змодельовані значення порівнюються зі спостережуваними даними”, – пояснили вчені.

Вони провели вимірювання у вертикальній фотоелектричній системі, розташованій поблизу об’єктів TNO в Петтені, Нідерланди. Система має дев’ять рядів зі сходу на захід, кожен з яких оснащений вісьмома двосторонніми модулями потужністю 315 Вт, з відстанню між рядами модулів 2 м, 4 м або 6 м відповідно. З 72 модулів, встановлених в системі, 60 використовують сонячні елементи n-типу M2 TOPCon. Всі панелі оснащені оптимізаторами потужності, наданими ізраїльською компанією Solaredge.

Для аналізу група використала власний метод екстракції і виявила, що коефіцієнти теплопередачі вертикальних панелей майже вдвічі перевищують значення горизонтальних панелей. Коефіцієнти теплопередачі визначають, як теплова енергія передається від одного матеріалу до іншого, і зазвичай використовуються, наприклад, для теплоізоляції будинків.

Вони також з’ясували, що вертикальний масив працює при різниці температур “майже вдвічі меншій”, що, за їхніми словами, призводить до збільшення річного виробітку енергії на 2,5%.

“Ці результати показують важливість перевірки фактичних умов експлуатації нових застосувань сонячних панелей, – підсумував Ван Акен. “Ми очікуємо, що цей ефект призведе до збільшення річного виробництва електроенергії в Нідерландах на 2-3%, нижча робоча температура сповільнює механізми деградації, і ефект може бути більш значним в місцях з більш високим рівнем сонячного випромінювання”.