Какие солнечные панели лучше в пасмурную погоду?

Какие солнечные панели лучше в пасмурную погоду?

Современные фотоэлектрические панели становятся все более эффективными. Коэффициент полезного действия лучших серийных моделей приближается к 30%. Но производительность любой СЭС по-прежнему сильно зависит от яркости солнца. Поэтому главной задачей сегодняшнего дня является попытка определить, какие солнечные панели лучше работают в пасмурную погоду, и как найти способ увеличить их эффективность в таких не самых благоприятных условиях.

История поиска оптимальных преобразователей излучения

Эффект преобразования солнечного излучения в электрический ток был обнаружен более 150 лет назад. Но только спустя столетие, после открытия явления  p-n перехода (p-positive, n-negative) в полупроводниках, появились технологии для создания прототипов фотоэлектрических ячеек. Материалом первых гелио панелей стал селен, но КПД модулей на его основе составлял всего 1%, поскольку мог преобразовывать только ультрафиолетовое излучение. Ситуация несколько улучшилась после перехода на кремний, но вопрос, какие солнечные панели лучше в пасмурную погоду, тогда еще не ставился.

Работы над поиском оптимальных преобразователей и сопутствующих материалов продолжались более полувека. И только 5-10 лет назад проблема низкой эффективности панелей при отсутствии прямых солнечных лучей возникла снова. Причиной тому стало резкое удешевление фотоэлектрических систем и их массовая установка в регионах планеты, никогда ранее не рассматривавшихся в качестве возможных мест получения и использования солнечной энергии.

Какие солнечные панели лучше работают в пасмурную погоду – обзор вариантов

Вплоть до 2000 года практически единственным полупроводниковым материалом для фотовольтаики являлся монокристаллический кремний, поскольку батареи на его основе обладали максимальным КПД при яркой солнечной погоде. Но в большинстве стран Европы, Японии, Северной Америке или Китае климат сильно отличался от солнечной Калифорнии, Мексики  и северной Африки. Так появилась необходимость определить такие преобразователи излучения и модули на их основе, которые окажутся способны обеспечить лучшую среднегодовую производительность СЭС применительно к каждому конкретному региону отдельно.

На роль таковых стали рассматриваться:

  • поликристаллические солнечные батареи, в пасмурную погоду теряющие эффективность не так значительно, как монокристалл;
  • системы на основе аморфного кремния, обладающего лучшим коэффициентом поглощения за счет особенностей своей структуры;
  • недорогие тонкие пленки на базе редкоземельных материалов и/или их композиций, прежде всего теллурида кадмия (CdTe);
  • использующие в аэрокосмической промышленности панели на основе сульфидов меди/галлия/индия (CIGS);
  • перспективные разработки в области природных материалов с уникальными физико-химическими свойствами (в частности, перовскитов).

Осталось лишь определить достоинства и недостатки каждого из вариантов, связанные с особенностями их функционирования при слабой, умеренной и сильной облачности, а также при осадках.

Как работают солнечные батареи в пасмурную погоду

Излучение солнца – это поток электромагнитных волн разной длины. Чем они короче – тем труднее уловить и преобразовать их полупроводниковому слою. Важную роль играет и расположение микрокристаллов в кристаллической решетке полупроводника, а также количество улавливающих слоев и вспомогательные материалы подложки.

По указанным причинам:

  • поликристаллические солнечные батареи в пасмурную погоду немного эффективнее монокристаллических, поскольку разнонаправленные векторы расположения элементов позволяют захватывать лучи, падающие под разными углами;
  • аморфные панели в данном компоненте еще эффективнее, но из-за чрезмерно низкого КПД преимущество «рыхлой» структуры оказывается недостаточным;
  • современные тонкопленочные гибридные ячейки CdTe уступают в коэффициенте полезного действия монокристаллам, но в средних широтах обеспечивают почти на 20% больше генерации, чем кремниевые модули идентичной мощности. Это связано с более широким диапазоном захвата излучения, который присущ всем редкоземельным фотоэлектрическим полупроводникам;
  • на вопрос, какие солнечные панели лучше в пасмурную погоду с точки зрения производительности, однозначным ответом будет ссылка на Однако чрезмерно высокая рыночная стоимость сводит данное преимущество практически к нулю;
  • у перовскитных батарей, несмотря на перспективное будущее, проблемы схожи с аналогами из аморфного кремния – невысокий КПД.

У панелей MONO-Si при умеренной облачности эффективность падает до 20% от максимальной величины, при полностью пасмурном небе – до 5%. Потери POLI-Si в аналогичных условиях на треть, а у CdTe – в полтора раза ниже.

Как работают в пасмурную погоду солнечные батареи с трекерами

Для небольших станций совокупной мощностью до 10 кВт поворотные трекеры используются редко. Связано это с их немалой ценой, не компенсирующей выгоду от повышения производительности за счет автоматической ориентации рабочих поверхностей на солнце в течение всего года.

Для более крупных, особенно промышленных СЭС, их использование оправдано, поскольку даже в дождь, снег и/или при затянутом облаками небе рассеянный свет приносит меньше потерь, чем неоптимальная ориентация и азимут.

Перспективные разработки для неблагоприятных погодных условий

В последние годы начинают выходить на рынок либо находятся на стадии выпуска прототипов некоторые другие разновидности панелей, потенциально способные дать другой ответ на вопрос, какие солнечные панели могут оказаться лучше в пасмурную погоду. Здесь стоит упомянуть:

  1. Solar Roof – кровельное покрытие от Илона Маска. Является разработкой инженеров компании Solar Sity, которая была куплена знаменитым предпринимателем и включена в состав Tesla. Интегрируются непосредственно в кровлю, обходятся покупателям загородных коттеджей дешевле, чем традиционная крыша и полностью обеспечивают энергией дом, в том числе при неблагоприятных погодных условиях.
  2. Графеновая паста – специальный состав позволяет тончайшему слою графена преобразовывать потенциальную энергию падающих на батарею дождевых капель в кинетическую, а также частично извлекать ее из инфракрасного излучения. По заявлениям разработчиков, это позволит компенсировать потери эффективности при сильной облачности и осадках.
  3. Многослойные полупроводники – от четырех и более пленок. Несмотря на кажущуюся простоту, создать подобные панели технически чрезвычайно сложно. Чтобы понять, как работают такие солнечные батареи в пасмурную погоду, необходимо вспомнить, что разные материалы улавливают излучение строго определенной длины волны. Если удастся заставить работать вместе комбинацию пленок, способных последовательно захватывать лучи всей длины энергетического спектра, КПД подобных модулей теоретически может составить 40-45% даже при сплошной облачности и 80-85% — в яркий летний день.

Лучшие солнечные батареи для Украины

Из приведенных фактов следует, что для большинства регионов нашей страны, расположенных преимущественно в средней полосе с умеренной облачностью, наиболее выгодно устанавливать фотовольтаику на базе тонкопленочных гибридов CdTe. Если поликристаллические солнечные батареи в пасмурную погоду эффективнее монокристаллических на 25-30%, то теллурид-кадмиевые – на 50%. В среднегодовом выражении производительность оказывается выше примерно на 1/5, что равноценно сокращению срока окупаемости на 8-12 месяцев.

Одними из лучших модулей данного класса следует назвать продукцию First Solar (США). В Украине официальным дистрибьютером американцев выступает компания Green Tech Trade. Приобрести панели, инверторы, сопутствующее оборудование и заказать монтаж станции «под ключ» Вы можете на сайте компании.

 

СТРОИТЕЛЬСТВО СОЛНЕЧНЫХ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ "ПОД КЛЮЧ"

ГОТОВЫЕ ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ