Dažnai kalbama apie tai, jog saulės elektrinės yra puiki investicija ir raktas į energetinę nepriklausomybę. Tačiau tikrai ne visi saulės elektrinėmis susidomėję žmonės ar jas jau turintys žino, kaip veikia pati elektrinė, nuo ko priklauso ir kaip matuojamas jos efektyvumas.
Kas lemia saulės elementų efektyvumą
Saulės baterijų plokščių našumas (efektyvumas) nusakomas koks modulį apšviečiančios saulės spinduliuotės kiekis bus paverstas į elektros energiją. Pastarasis priklauso nuo naudojamo puslaidininko tipo, jo kristalinės struktūros, sujungimo ir plokštelių gaminimo technologijos.
Pagrindinės savybės: silicio tipas, šynų konfigūracija, sandūra ir pasyvavimo metodas (PERC). Saulės modulių našumą lemia elementų struktūra ir naudojamo pagrindo tipas, kuris paprastai yra P arba N dotuotas silicis. Dėl daugybės fotovoltinės technologijos pasiekimų pastaraisiais metais vidutinis plokštės konversijos našumas padidėjo nuo 15 proc. iki gerokai daugiau nei 20 proc. bendras plokštės našumas, pagrįstas elementų išdėstymu, konfigūracija ir plokštės dydžiu.
Plokštės našumas (procentais) efektyviai apskaičiuojamas didžiausią vardinę išėjimo galią arba Pmax (W) standartinėmis bandymo sąlygomis padalijus iš bendro plokštės ploto, matuojamo kvadratiniais metrais. Bendram saulės baterijos plokštės (modulio) našumui įtakos gali turėti daug veiksnių, įskaitant temperatūrą, spinduliuotės lygį, elemento tipą, šešėlį bei nešvarumus, pasvirimo kampą saulės atžvilgiu ir elementų tarpusavio sujungimo būdą.
Kaip šviesos bangos ilgis veikia fotovoltinius elementus
Saulės modulius gamina daugybė kompanijų. Kiekviena iš jų investuoja didelius resursus į technologijas ir medžiagas, kad moduliai būtų kuo efektyvesni. Efektyvumas yra parametras, kuris nurodo, kokį procentą saulės šviesos energijos modulis gali paversti panaudojama elektros energija.
Taip pat skaitykite: Subsidijų sąlygos saulės kolektoriams
Saulės elementų našumas yra susijęs su puslaidininkio absorbcija įvairiems šviesos bangų ilgiams: fotonai su tam tikru bangos ilgiu turi pakankamai energijos sužadinti elektronus iš valensijos juostos į laidumo juostą, o tai priklauso nuo medžiagos energetinio tarpo (band gap). Pastarasis priklauso nuo naudojamo puslaidininko tipo, jo kristalinės struktūros, sujungimo ir plokštelių gaminimo technologijos.
I-V ir P-V kreivėse yra įrenginio darbiniai parametrai esant tam tikroms sąlygoms, apšvitai ir temperatūrai. Saulės spinduliuotės lygis, matuojamas vatais kvadratiniam metrui (W/m2), yra veikiamas atmosferos sąlygų, pvz., debesų ir smogo, metų laiko. Žinoma, jei visa plokštė yra pavėsyje, generuojama modulio galia bus labai maža, tačiau dalinis pavėsis taip pat gali turėti didelės įtakos ne tik plokštės našumui, bet ir visam elektrinės našumui.
Šviesos spektrinė priklausomybė ir medžiagų pasirinkimas
Pagrindinis reikalavimas efektyviam fotovoltiniam elementui yra suderinti medžiagos absorbcijos savybes su saulės spektru taip, kad būtų sugauta kuo daugiau naudingų fotonų. Plokštės, gaminamos naudojant pažangų „integruoto galinio kontakto“ (IBC) elementus, yra našiausios, tada seka įvairialytės sandūros (HJT) elementai, „TOPcon“ elementai, pusiau perpjauti ir daugiašyniai monokristaliniai PERC elementai, juostiniai elementai ir galiausiai 60 elementų (4-5 šynų) monoelementai.
Pastaruosius dvejus metus padaugėjo gamintojų, išleidžiančių našesnes saulės baterijų plokštes, gaminamas iš didelio našumo N tipo įvairialytės sandūros (HJT) elementų. Dabar 6 geriausių plokščių našumas viršija 22 proc. „SunPower“ „Maxeon“ plokštės vis dar pirmauja, bet tik kol kas, nes naujosios „Canadian Solar“, „Panasonic“ „EverVolt H“ ir REC „Alpha Pure“ plokštės su N tipo įvairialytės sandūros (HJT) elementais atsilieka tik nedaug.
Temperatūros ir spektriniai efektai: praktiniai pasekmės
Saulės baterių plokščių našumas paprastai rodo, kad plokštės generuos daug energijos, ypač dėl to, kad daugelyje didelio našumo plokščių naudojami aukštesnės klasės N tipo silicio elementai su geresniu temperatūros koeficientu ir lėtesniu galios sumažėjimu laikui bėgant. Kai elementų temperatūra yra aukštesnė arba žemesnė už standartinių bandymo sąlygų temperatūrą, išėjimo galia konkrečiu dydžiu mažės arba didės su kiekvienu laipsniu daugiau arba mažiau nei 25 °C. Šis reiškinys žinomas kaip galios temperatūrinis koeficientas, kuris yra matuojamas proc./°C.
Taip pat skaitykite: "Saulės" vidurinės mokyklos fondas Švėkšnoje
Elementų temperatūra paprastai yra 20-30 °C aukštesnė už aplinkos oro temperatūrą, o tai prilygsta maždaug 8-15 proc. bendros galios sumažėjimui, kuris priklauso nuo saulės elemento tipo ir jo temperatūros koeficiento. Monokristalinių plokščių vidutinis temperatūros koeficientas yra -0,38 proc./°C, o polikristalinių plokščių - -0,40 proc./°C.
Atvirkščiai, esant labai žemai temperatūrai, generuojamos galios kiekis gali padidėti iki daugiau nei vardinėje lentelėje nurodytos vertės, nes fotovoltinių elementų įtampa didėja esant žemesnei nei standartinių bandymo sąlygų temperatūrai (25 °C).
Pavėsis, dalinis ir spektrinis slopinimas
Pavyzdžiui, nedidelis vienos saulės modulio plokštės sandūroje esančias mažesnes plokšteles veikiantis pavėsis gali sumažinti generuojamą galią 50 proc. ar daugiau, o tai savo ruožtu gali panašia dalimi sumažinti visos nuosekliai sujungtos modulių eilės (stringo arba stygos) galią, kadangi visos modulio juostos efektyvumas nusakomas silpniausio modulio darbu. Todėl labai svarbu, jei įmanoma, stengtis sumažinti arba panaikinti pavėsį.
Saulės spinduliuotės lygis, matuojamas vatais kvadratiniam metrui (W/m2), yra veikiamas atmosferos sąlygų, pvz., debesų ir smogo, metų laiko. Šie atmosferiniai veiksniai keičia spektrą ir intensyvumą, todėl modulio sugavimo efektyvumas pagal bangos ilgius gali skirtis realiomis sąlygomis nuo laboratorinių sąlygų.
Technologinės kryptys ir sprendimai spektrinei priklausomybei mažinti
Vienas iš svarbiausių aspektų siekiant optimizuoti saulės elektrines yra nuolatinis technologijų tobulinimas. Viena perspektyva - plėtoti saulės baterijas su dar didesniu efektyvumu, leidžiančiu efektyviau panaudoti mažiau plotų ir gaminti daugiau energijos. Kitas žingsnis būtų efektyvesnių energijos saugojimo būdų plėtra.
Taip pat skaitykite: Saulės elementų efektyvumas ir bangos ilgis
Našiausiose rinkoje parduodamose saulės baterijų plokštėse paprastai naudojami N tipo integruoto galinio kontakto (IBC) monokristaliniai silicio elementai arba kiti labai našūs N tipo variacijos įvairialytės sandūros (HJT) elementai. Dauguma gamintojų šiuo metu naudoja labiau paplitusius P tipo monokristalinius PERC elementus.
Be to, neignoruokite ir bendros estetikos. Rekomenduojame visada pasitarti su specialistais. Raktas į sėkmę, kad elektrinė Lietuvoje būtų efektyvi - kokybiški moduliai ir profesionalus įrengimas.
Kaip veikia saulės elementai?
Praktiniai aspektai: matmenys, našumas ir ekonomika
Modulio matmenys turi tiesioginę įtaką jūsų sistemos našumui, taip pat svarbu apskaičiuoti, kad elektrinė tilptų ant stogo ar jai numatytoje vietoje ant žemės. Taip pat žinodami matmenis optimaliai išdėstysite modulius. Tai gali turėti didelės įtakos energijos gamybai.
| Parametras | Reikšmė / poveikis |
|---|---|
| Efektyvumas (%) | Kiekvienas proc. didesnis našumas mažina reikiamą ploto poreikį |
| Elementų tipas | N tipo (IBC, HJT) duoda geresnį našumą ir mažesnį LID |
| Temperatūros koeficientas | Veikia išėjimo galią realiomis sąlygomis (-0,38…-0,40 %/°C) |
| Spektrinė priklausomybė | Atmosferos sąlygos keičia sugautų fotonų pasiskirstymą pagal bangos ilgį |
Kuo didesnis modulio efektyvumas, tuo mažiau modulių reikės ant Jūsų stogo tam, kad būtų pasiektas tas pats generacijos lygis. Našumas labai priklauso nuo reikalingo stogo ploto. Didesnio našumo plokštės generuoja daugiau energijos vienam kvadratiniam metrui, todėl reikia mažiau bendro ploto.
Saulės energijos pliusai: tvarumas, mažas poveikis aplinkai, energetinė nepriklausomybė, mažesnės sąskaitos, ilgaamžiškumas (moduliai tarnauja ~25-30 metų). Saulės energijos trūkumai - minusai: nepastovi gamyba, reikalauja pradinės investicijos, saugumo ir poveikio aplinkai klausimai. Kai kurie trūkumai susiję ir su spektrine bei temperatūrine priklausomybe, kurią reikia valdyti projektuojant sistemas.
Rekomendacijos projektavimui
- Naudoti tinkamą elementų tipą, atsižvelgiant į vietines sąlygas (N tipo elementai ten, kur reikia maksimalios išeigos ant riboto ploto).
- Optimizuoti kampą ir orientaciją, kad moduliai būtų nukreipti kryptimi, gaunančia daugiausiai saulės šviesos.
- Mažinti pavėsį ir nešvarumus, nes dalinis pavėsis gali smarkiai sumažinti našumą.
- Atsižvelgti į temperatūrinius efektus renkantis modulius su geresniu temperatūros koeficientu.
- Įvertinti spektrinius efektus, ypač vietose su dažnu smogu ar debesuotumu.
Saulės elektrinės, kaip atsinaujinanti energijos šaltinio forma, turi daug pranašumų, tačiau siekiant maksimaliai išnaudoti jų potencialą, būtina nuolat stebėti ir tobulinti technologijas bei kurti palankią teisinę aplinką.
tags: #saules #elemento #efektyvumas #ir #jo #priklausomybe