Исследователи проливают свет на таинственный высший выход энергии в вертикальных фотоэлектрических системах
Группа исследователей из Нидерландской организации прикладных научных исследований (TNO) провела серию тестов и моделирований, чтобы понять, почему вертикальные фотоэлектрические системы имеют тенденцию обеспечивать неожиданный прирост производительности по сравнению с горизонтальными массивами, и выяснила, что вертикальные установки имеют гораздо более низкие рабочие температуры.
“Хотя на конференциях и семинарах сообщалось о лучшей, чем ожидалось, производительности вертикальной установки двусторонних фотоэлектрических модулей, мы не видели ни одной публикации, которая бы показывала, что это сопровождается гораздо более низкой рабочей температурой, чем можно было бы ожидать для отдельно стоящих фотоэлектрических модулей с фиксированным углом наклона при одинаковом общем облучении”, – отмечает автор исследования Бас Б. Ван Акен (Bas B. Van Aken). “Эти более низкие рабочие температуры положительно влияют на рабочее напряжение. И тем самым на общую генерацию энергии, особенно в условиях высокого облучения”.
В исследовании “Тепловая модель в цифровом двойнике вертикальной фотоэлектрической системы помогает объяснить неожиданный рост производительности”, опубликованном в EPJ Photovoltaics, Ван Акен и его коллеги объяснили, что на напряжение влияет как количество света, так и температура солнечных элементов. По мере увеличения освещенности напряжение возрастает в логарифмической прогрессии, в то время как с повышением температуры напряжение уменьшается, как правило, на 0,3-0,4% на градус Цельсия.
“Для стандартной системы мы наблюдали, что при высоких условиях облучение увеличение за счет света компенсируется уменьшением за счет более высокой рабочей температуры, – подчеркнул Ван Акен. “Однако в вертикальной системе мы заметили, что рабочая температура растет не так сильно, а увеличение и уменьшение напряжения более или менее уравновешиваются”.
Для своего моделирования группа использовала цифровые двойники, представляющие собой виртуальные представления, соединяющие и визуализирующие реальные активы, для создания двойников, состоящих из реальной фотоэлектрической системы и ее копии в цифровом формате. Цифровые двойники обычно используются для эксплуатации и обслуживания (O&M) солнечных электростанций. “Цифровая версия имитирует мощность фотоэлектрических панелей на основе временных рядов погодных и других данных об окружающей среде. Смоделированные значения сравниваются с наблюдаемыми данными”, – пояснили ученые.
Они произвели измерения в вертикальной фотоэлектрической системе, расположенной вблизи объектов TNO в Петтене, Нидерланды. Система имеет девять рядов с востока на запад, каждый из которых оснащен восемью двухсторонними модулями мощностью 315 Вт с расстоянием между рядами модулей 2 м, 4 м или 6 м соответственно. Из 72 модулей, установленных в системе, 60 используют солнечные элементы n-типа M2 TOPCon. Все панели оснащены оптимизаторами мощности, предоставленными израильской компанией Solaredge.
Для анализа группа использовала собственный метод экстракции и обнаружила, что коэффициенты теплопередачи вертикальных панелей почти вдвое превышают значение горизонтальных панелей. Коэффициенты теплопередачи определяют, как тепловая энергия передается от одного материала в другой, и обычно используются, например, для теплоизоляции зданий.
Они также выяснили, что вертикальный массив работает при разнице температур “почти вдвое меньше”, что, по их словам, приводит к увеличению годовой выработки энергии на 2,5%.
“Эти результаты показывают важность проверки фактических условий эксплуатации новых применений солнечных панелей, – подытожил Ван Акен. “Мы ожидаем, что этот эффект приведет к увеличению годового производства электроэнергии в Нидерландах на 2-3%, более низкая рабочая температура замедляет механизмы деградации, и эффект может быть более значительным в местах с более высоким уровнем солнечного излучения.
