Яркий, солнечный, безоблачный день может показаться оптимальной обстановкой для солнечных батарей. Но слишком много солнца и слишком много тепла на самом деле могут снизить эффективность фотоэлектрических систем.

При повышении рабочей температуры на 1 градус Цельсия традиционные солнечные элементы на основе кремния теряют эффективность примерно на 0,5%. В типичной фотоэлектрической установке, где модули работают почти на 25 градусов Цельсия выше температуры окружающей среды, потери энергии могут достигать 12%.

Это требует эффективных мер по охлаждению солнечных ферм. В журнале Journal of Renewable and Sustainable Energy исследователи из Портлендского государственного университета, Университета Юты и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии исследовали, как использовать геометрию солнечных ферм для улучшения механизмов естественного охлаждения.

Некоторые современные методы охлаждения заставляют ветер или воду взаимодействовать с поверхностями солнечных панелей, в то время как другие используют специальные материалы с меньшей термической чувствительностью. Однако для работы этих методов требуются значительные ресурсы. Напротив, солнечная ферма с оптимально расположенными панелями, обращенными в правильном направлении, может охлаждаться за счет конвекции, используя окружающий ветер.

Команда улучшила модели, которые рассчитывают, сколько энергии будет производить данная солнечная установка, исходя из таких факторов, как материал, условия окружающей среды и температура панели. Они специально сосредоточились на геометрии солнечных ферм или на том, насколько сильно "зазор" присутствовал между панелями.

"Наша гипотеза заключалась в том, что для наиболее точной оценки конвекции солнечной установки и, в конечном счете, эффективности производства необходимо учитывать ферму в целом и все возможные изменения конфигурации", - сказала автор Сара Смит из Портлендского государственного университета.

По своей конструкции редко бывает, чтобы какие-либо две солнечные установки имели одинаковую установку. Каждый из них уникально спроектирован таким образом, чтобы оптимизировать солнечное излучение и соответствовать окружающей среде. Например, наклон солнечных панелей меняется в зависимости от широты, а их высота зависит от растительности. Расстояние между рядами часто зависит от того, сколько земли имеется в наличии.

"Это означает, что отводящий тепло ветровой поток также будет перемещаться по-разному по каждой солнечной установке в зависимости от ее расположения, что в конечном итоге изменит эффективность отвода тепла с поверхностей модулей", - сказал Смит.

Исследователи провели эксперименты в аэродинамической трубе и моделирование с высоким разрешением, а также собрали реальные данные, чтобы подтвердить свою модель. Они исследовали фотоэлектрическое отопление и охлаждение с учетом изменений высоты модуля, расстояния между рядами, угла наклона и ветра. Увеличение высоты солнечных элементов и расстояния между рядами панелей увеличило выходную мощность на 2-3%.

"Эта корреляция между геометрией и эффективностью является огромным шагом к прогнозированию конвективного охлаждения для солнечных ферм на основе их уникальной конструкции", - сказал Смит. "Это открывает путь для более точных моделей производства энергии и прогнозирования затрат в промышленности".

Статья "Рассмотрение конвекции как явления солнечной фермы расширяет современные прогнозы мощности для солнечной фотоэлектрики" написана Сарой Э. Смит, Брук Дж. Станиславски, Байроном К. Энг, Насим Али, Тимоти Джей Сильверман, Марк Калаф и Рауль Байоан Кал и появится в Журнале возобновляемой и устойчивой энергетики 29 ноября 2022 года.