Природне охолодження сонячних батарей

Яскравий, сонячний, безхмарний день може здатися оптимальним місцем для сонячних батарей. Але занадто багато сонця та занадто багато тепла можуть фактично знизити ефективність фотоелектричної енергії.

Коли робоча температура підвищиться на 1 градус Цельсія, традиційні кремнієві сонячні елементи втратять приблизно 0,5% ефективності. У звичайній фотоелектричній станції, де модулі працюють при температурі майже на 25 градусів за Цельсієм вище температури навколишнього середовища, втрати енергії можуть досягати 12%.

Це вимагає ефективних заходів з охолодження сонячних електростанцій. У Journal of Renewable and Sustainable Energy , видавництві AIP Publishing, дослідники з Університету штату Портленд, Університету Юти та Національної лабораторії відновлюваної енергії досліджували, як використовувати геометрію сонячних електростанцій для покращення природних механізмів охолодження.

Деякі сучасні методи охолодження змушують вітер або воду взаємодіяти з поверхнями сонячних панелей, тоді як інші використовують спеціальні матеріали з меншою температурною чутливістю. Однак для роботи ці методи потребують значних ресурсів. Навпаки, сонячна електростанція з оптимально розташованими панелями, спрямованими в правильному напрямку, може охолоджуватися за допомогою конвекції за допомогою навколишнього вітру.

Команда вдосконалила моделі, які розраховують, скільки енергії буде виробляти дана сонячна установка на основі таких факторів, як матеріал, умови навколишнього середовища та температура панелі. Вони особливо зосереджувалися на геометрії сонячних електростанцій або на тому, наскільки «зазор» був присутній між панелями.

«Наша гіпотеза полягала в тому, що для найточнішої оцінки конвекції сонячної установки та, зрештою, ефективності виробництва необхідно враховувати ферму в цілому та всі можливі зміни конфігурації», — сказала автор Сара Сміт з Університету штату Портленд.

Згідно з проектом, рідко коли дві сонячні станції мають однакову установку. Кожна унікально розроблена для оптимізації сонячного випромінювання та відповідності навколишньому середовищу. Наприклад, нахил сонячних панелей змінюється залежно від широти, а їх висота змінюється залежно від рослинності. Відстань між рядами часто залежить від того, скільки землі доступно.

«Це означає, що потік вітру, що відводить тепло, також буде рухатися по-різному через кожну сонячну станцію залежно від її розташування, в кінцевому підсумку змінюючи ефективність видалення тепла з поверхонь модулів», — каже Сміт.

Дослідники провели експерименти в аеродинамічній трубі та симуляції з високою роздільною здатністю та зібрали дані реального світу, щоб підтвердити свою модель. Вони досліджували нагрів та охолодження панелей з варіаціями висоти модуля, міжряддя, кута та вітру. Збільшення висоти сонячних батарей і збільшення відстані між рядами панелей збільшило вихідну потужність на 2%-3%.

«Ця кореляція між геометрією та ефективністю є величезним кроком до прогнозування конвективного охолодження для сонячних електростанцій на основі їх унікальних механізмів», — каже Сміт. «Це прокладає шлях до більш точних моделей виробництва енергії та прогнозування витрат у промисловості».