Можно ли увеличить эффективность солнечных панелей?

28.08.2017 45fa8b441b3f9d154657e6dcbb2458da.jpgКПД солнечных батарей — один из важных факторов, влияющих на оценку эффективности их работы. Повышение этого коэффициента составляет одну из главных задач, позволяющих снизить затраты на оборудование и расширение сферы использования солнечной энергии. Невысокая производительность является основным недостатком всех существующих на сегодняшний день гелиосистем.

Для получения необходимого количества электроэнергии требуется значительное количество панелей, так как фотоэлементы, расположенные на одном квадратном метре, способны перерабатывать не более 20% от общей мощности лучей, падающих на их поверхность. Необходимая мощность достигается количеством используемых панелей, подключенных параллельно и последовательно.

Принцип работы энергосистем

Прежде чем говорить о возможностях увеличения эффективности солнечных фотопанелей, следует четко обозначить принцип их работы. Основу гелиопанелей составляет поверхность, которая образуюется двумя типами соприкасающихся кремниев. Последние обеспечивают фотоэлектрический эффект, возникающий в полупроводниках под действием лучей.

Они беспрепятственно проходят сквозь прозрачный экран и достигают кремниевых пластин. Положительный электрод в батареях конструктивно выполнен в виде металлических ребер жесткости, соединенных друг с другом при помощи обычных проводов. Отрицательный — является подложкой из металла, контактирующей с пластинами, для изготовления которых используется кремний. Как только лучи касаются поверхности фотоэлемента, между двумя разными типами кремния образуется электрическое напряжение за счет разницы потенциалов. Под нагрузкой сила тока нарастает, что напрямую зависит от яркости света и выравнивается, при этом достигая предельного значения (образуется максимальное количество, именуемое током насыщения).

Соответственно, коэффициентом полезного действия называют отношение величины производимой электроэнергии к той световой силе, которая воздействует на фотоэлемент.

Хорошие результаты достигнуты путем применения двухсторонних преобразователей, переизлучающих конструкций, систем разложения спектра на несколько областей путем применения дихроичных зеркал.

Энергоэффективность гелиопанелей в зависимости от их вида

На КПД солнечных батарей оказывает влияние применяемый кремний. Все панели подразделяются на три вида по типу используемого материала (в порядке уменьшения коэффициента):

  • из арсенида галлия;
  • монокристаллические, эффективность которых составляет 10–15%;
  • поликристаллические с меньшей энергоотдачей, но с более низкой себестоимостью расчетного ватта;
  • из аморфного кремния с самой низкой выработкой энергии, не превышающих 5–6%;
  • в которых применяются CIGS – медь, индий, галлий и селен.

Значение имеет также качество используемых материалов и организация производственного процесса.

Возможности повышения эффективности переработки солнечной энергии

Проблема низкой выработки заключается в том, что кремниевые элементы поглощают только инфракрасные лучи, пропуская ультрафиолет. Теоретическая способность повышения КПД солнечных батарей до 80% существует, но реализация ее на практике пока остается невозможной. Идея заключается в создании многослойных панелей, где различные материалы располагаются слоями и улавливают частицы разных энергий. Основным препятствием для их выпуска является дороговизна.

Один из вариантов повышения производительности — применение приспособлений, концентрирующих световые волны. К ним относятся:

  • гелиостаты;
  • линзы Френеля;
  • параболические концентраты.

Для их успешного применения необходимы специальные охлаждающие системы, что значительно усложняет конструкцию и увеличивает ее стоимость.

Как увеличить производительность за счет монтажа?

Получить максимальный КПД солнечных батарей позволяет их правильное расположение, погодные условия и быстрый доступ для техобслуживания. Исходя из того, что перерабатывается только незначительная часть излучений, следует уже на этапе проектирования и расчета общей требуемой площади фотопанелей учесть:

  • температуру воздуха, при которой будут использоваться системы;
  • угол падения лучей;
  • отсутствие элементов, затеняющих экраны;
  • возможность регулярной очистки поверхности;
  • погодные условия.

Максимальное количество электроэнергии вырабатывается в тот момент, когда лучи падают на панели под прямым углом. Для удержания градуса на протяжении как можно большего времени используют поворотные системы слежения за Солнцем, обеспечивающие изменение угла наклона панели вслед за движением небесного светила.

КПД гелиопанелей снижается в результате их нагревания, поэтому следует оставлять вентиляционные зазоры для их охлаждения. Устанавливать экраны нужно таким образом, чтобы очистка от пыли, грязи и снега производилась регулярно и не была осложнена неудобным расположением.

Существенное значение имеют отсутствие тени и расположение гелиопанелей на южной стороне строений.

Возврат к списку