Які сонячні панелі краще в похмуру погоду?

Які сонячні панелі краще в похмуру погоду?

Сучасні фотоелектричні панелі стають все більш ефективними. Коефіцієнт корисної дії кращих серійних моделей наближається до 30%. Але продуктивність будь-якої СЕС як і раніше сильно залежить від яскравості сонця. Тому головним завданням на сьогодні є спроба визначити, які сонячні панелі краще працюють в похмуру погоду, і як знайти спосіб збільшити їх ефективність в таких не найсприятливіших умовах.

Історія пошуку оптимальних перетворювачів випромінювання

Ефект перетворення сонячного випромінювання в електричний струм був виявлений більше 150 років тому. Але тільки через століття, після відкриття явища p-n переходу (p-positive, n-negative) в напівпровідниках, з’явилися технології для створення прототипів фотоелектричних комірок. Матеріалом перших геліо панелей став селен, але ККД модулів на його основі становив всього 1%, оскільки міг перетворювати тільки ультрафіолетове випромінювання. Ситуація дещо покращилася після переходу на кремній, але питання, які сонячні панелі кращі в похмуру погоду, тоді ще не ставилося.

Роботи над пошуком оптимальних перетворювачів і супутніх матеріалів тривали понад півстоліття. І тільки 5-10 років тому проблема низької ефективності панелей при відсутності прямих сонячних променів виникла знову. Причиною тому стало різке здешевлення фотоелектричних систем і їх масове встановлення в регіонах планети, які ніколи раніше не розглядалися в якості можливих місць отримання і використання сонячної енергії.

Які сонячні панелі краще працюють в похмуру погоду – огляд варіантів

Аж до 2000 року практично єдиним напівпровідниковим матеріалом для фотовольтаїки був монокристалічний кремній, оскільки батареї на його основі володіли максимальним ККД при яскравій сонячній погоді. Але в більшості країн Європи, Японії, Північній Америці або Китаю клімат сильно відрізняється від сонячної Каліфорнії, Мексики та північної Африки. Так з’явилася необхідність визначити такі перетворювачі випромінювання і модулі на їх основі, які будуть здатні забезпечити кращу середньорічну продуктивність СЕС стосовно кожного конкретного регіону окремо.

На роль таких розглядають:

  • полікристалічні сонячні батареї, яків похмуру погоду втрачають ефективність не так істотно, як монокристал;
  • системи на основі аморфного кремнію, що володіє найкращим коефіцієнтом поглинання за рахунок особливостей своєї структури;
  • недорогі тонкі плівки на базі рідкоземельних матеріалів і / або їх композицій, перш за все телурид кадмію (CdTe);
  •  панелі на основі сульфідів міді / галію / індію (CIGS), які використовують в аерокосмічній галузі;
  •  перспективні розробки в області природних матеріалів з унікальними фізико-хімічними властивостями (зокрема, перовскитів).

Залишилося лише визначити переваги та недоліки кожного з варіантів, пов’язані з особливостями їх функціонування при слабкій, помірній і сильній хмарності, а також при опадах.

Як працюють сонячні батареї в похмуру погоду

Випромінювання сонця – це потік електромагнітних хвиль різної довжини. Чим вони коротше – тим важче вловити і перетворити їх напівпровідниковому шару. Важливу роль відіграє і розташуваннямікрокристалів в кристалічній решітці напівпровідника, кількість шарівта допоміжні матеріали підкладки.

З наведених причин:

  • полікристалічні сонячні батареї в похмуру погоду трохи ефективніше монокристалічних, оскільки різноспрямовані вектори розташування елементів дозволяють захоплювати промені, які падають під різними кутами;
  • аморфні панелі в даному компоненті ще ефективніше, але через надмірно низький ККД перевага «пухкої» структури виявляється недостатньою;
  • сучасні тонкоплівкові гібридні комірки CdTe поступаються  коефіцієнтом корисної дії монокристалам, але в середніх широтах забезпечують майже на 20% більше генерації, ніж кремнієві модулі ідентичної потужності. Це пов’язано з більш широким діапазоном захоплення випромінювання, який притаманний усім рідкоземельним фотоелектричним напівпровідникам;
  • на питання, які сонячні панелі краще в похмуру погоду з точки зору продуктивності, однозначною відповіддю будуть панелі CIGS. Проте надмірно висока ринкова вартість зводить цю перевагу практично до нуля;
  • у перовскітних батарей, незважаючи на перспективне майбутнє, проблеми схожі з аналогами з аморфного кремнію – невисокий ККД.

У панелей MONO-Si при помірній хмарності ефективність падає до 20% від максимальної величини, при повністю похмурому небі – до 5%. Втрати POLI-Si в аналогічних умовах на третину, а у CdTe – в півтора рази нижче.

Як працюють в похмуру погоду сонячні батареї з трекерами

Для невеликих станцій сукупною потужністю до 10 кВт поворотні трекери використовуються рідко. Пов’язано це з їх чималою ціною, що не компенсує вигоду від підвищення продуктивності шляхом автоматичної орієнтації робочих поверхонь на сонце протягом усього року. Для більших, особливо промислових СЕС, їх використання виправдане, оскільки навіть в дощ, сніг і / або при затягнутому хмарами небі розсіяне світло приносить менше втрат, ніж неоптимальна орієнтація та азимут.

Перспективні розробки для несприятливих погодних умов

В останні роки починають виходити на ринок або знаходяться на стадії випуску прототипів деякі інші різновиди панелей, які можуть виявитися істотно кращими в похмуру погоду. Тут варто згадати:

  1. SolarRoof – дахове покриття від Ілона Маска. Є розробкою інженерів компанії SolarSity, яка була куплена знаменитим підприємцем і включена до складу Tesla. Інтегруються безпосередньо в покрівлю, обходяться покупцям заміських котеджів дешевше, ніж традиційний дах і повністю забезпечують енергією будинок, в тому числі при несприятливих погодних умовах.
  2. Графенова паста – спеціальний склад дозволяє найтоншому шарові графена перетворювати потенційну енергію падаючих на батарею дощових крапель в кінетичну, а також частково отримувати її з інфрачервоного випромінювання. За заявами розробників, це дозволить компенсувати втрати ефективності при сильній хмарності та опадах.
  3. Багатошарові напівпровідники – від чотирьох і більше плівок. Незважаючи на уявну простоту, створити такі панелі технічно надзвичайно складно. Щоб зрозуміти, як працюють такі сонячні батареї в похмуру погоду, необхідно згадати, що різні матеріали вловлюють випромінювання строго певної довжини хвилі. Якщо вдасться змусити працювати разом комбінацію плівок, здатних послідовно захоплювати промені всієї довжини енергетичного спектра, ККД подібних модулів теоретично може скласти 40-45% навіть при суцільній хмарності та 80-85% – в яскравий літній день.

Кращі сонячні батареї для України

З наведених фактів випливає, що для більшості регіонів нашої країни, розташованих переважно в середній смузі з помірною хмарністю, найбільш вигідно встановлювати фотовольтаїку на базі тонкоплівкових гібридів CdTe. Якщо полікристалічні сонячні батареї в похмуру погоду ефективніше монокристалічних на 25-30%, то телурид-кадмієві – на 50%. У середньорічному вираженні продуктивність буде вищою приблизно на 1/5, що рівноцінно скорочення терміну окупності на 8-12 місяців. Одними з кращих модулів даного класу слід назвати продукцію FirstSolar (США). В Україні офіційним дистриб’ютором американців виступає компанія GreenTechTrade. Придбати панелі, інвертори, супутнє обладнання та замовити монтаж станції «під ключ» Ви можете на сайті компанії.

 

 

 

Будівництво сонячних
електростанцій "під ключ"

Готові інвестиційні проекти