Май 2025 — Эксморк

Challenger EVG6-225

Создатели системы описывают её как экономичное решение для нагрева воды за счёт хранения тепловой энергии в мелкозернистом песке. Технико-экономический анализ показал, что система экономически выгодна для бытового нагрева воды. Первоначальная капитальная стоимость составляет 278 долларов, а ожидаемый срок службы — 25 лет.

Исследователи из Национального технологического института Индии (NIT) в Курукшетре и Национального института солнечной энергии (NISE) в Гуруграме разработали прототип солнечной гейзерной системы с фотоэлектрическим приводом, в которой используется мелкозернистый песок в качестве теплоносителя для нагрева воды.

По словам его создателей, стоимость энергии для солнечного гейзера Fine Sand (FSG) составляет всего 0,0233 доллара за киловатт-час.

Он использует электроэнергию, вырабатываемую фотоэлектрическими панелями, для питания нихромовой нагревательной спирали, которая преобразует электрическую энергию в тепло. Это тепло накапливается в 120 кг мелкого песка, выбранного из-за его высокой теплоёмкости, отличного сохранения тепла, равномерного распределения тепла, низкой стоимости и широкой доступности.

«Система FSG предлагает устойчивое, экологически чистое и экономичное решение для нагрева воды за счёт хранения тепловой энергии в мелкозернистом песке, что позволяет преодолеть неравномерность солнечного излучения», — рассказал исследователь Динеш Кумар Саини в интервью PV Magazine.

Система состоит из трёх поликристаллических солнечных панелей мощностью 300 Вт, нихромового нагревательного элемента и круглого теплообменника. Во время работы системы нихромовый нагревательный элемент преобразует вырабатываемое фотоэлектрическими панелями электричество в тепловую энергию, которая накапливается в мелкозернистом песке. Теплообменник с алюминиевыми рёбрами затем передаёт накопленное тепло воде, проходящей через встроенные трубы.

Анализ производительности системы показал, что температура песка внутри FSG повысилась с 25,2 °C до 164,2 °C в первый день работы и с 94,7 °C до 211,9 °C во второй день. В эти дни система сохранила 14,39 МДж и 13,02 МДж тепла, достигнув эффективности хранения тепла 97,41% и 90,76% соответственно.

Соавтор исследования Чандрашекхара Мунияппа также объяснил, что за два дня система выдала 140 и 152 литра горячей воды со скоростью потока 0,67 литра в минуту. Средняя разница в температуре воды на входе и выходе FSG составила 11,7 °C и 13,75 °C в эти дни. В оба дня эффективность системы составила примерно 90%.

Дальнейший технико-экономический анализ показал, что система экономически выгодна для нагрева воды в бытовых условиях. Первоначальная капитальная стоимость составляет 278 долларов, а ожидаемый срок службы — 25 лет. Стоимость электроэнергии составляет 0,0233 доллара за киловатт-час, а прогнозируемый срок окупаемости — 4,45 года.

Группа описала эту систему в исследовании «Анализ тепловых характеристик солнечного гейзера из мелкозернистого песка, интегрированного с фотоэлектрической технологией», которое было недавно опубликовано в журнале «Источники энергии».

Аккумулятор Challenger G12-100H

Ученые проанализировали, как принудительная конвекция в фотоэлектрических системах, свободная конвекция в фотоэлектрических системах с ребристыми пластинами и принудительная конвекция в фотоэлектрических системах с ребристыми пластинами могут снизить температуру солнечных модулей в климатических условиях Ливана.

Международная исследовательская группа оценила три метода воздушного охлаждения фотоэлектрических панелей.

Они исследовали, в частности, принудительную конвекцию в фотоэлектрических установках (forced-PV), свободную конвекцию в фотоэлектрических установках с оребрёнными пластинами (free-finned-PV) и принудительную конвекцию в фотоэлектрических установках с оребрёнными пластинами (forced-finned-PV). Они провели параметрический анализ этих трёх методов с точки зрения экономии энергии, экономической выгоды и сокращения выбросов CO2.

«В этих системах в качестве теплоносителя используется воздух, но они различаются по механизму воздушного потока, — объяснили учёные. — В системе с принудительной подачей воздуха используется активный воздушный поток через вентиляторы для увеличения конвективного отвода тепла. В системе с беспланшетной подачей воздуха используется пассивный воздушный поток в качестве теплоносителя при свободной конвекции, а также пластины для увеличения площади теплообмена между пластиной и атмосферой. Наконец, в системе с принудительной подачей воздуха с беспланшетной подачей воздуха используется как увеличение площади поверхности за счёт пластин, так и активный воздушный поток через вентиляторы для усиления теплообмена».

Параметрическое исследование было проведено для монокристаллических панелей с максимальной мощностью 470 Вт и размерами 2182 мм × 1029 мм. Были рассмотрены два случая: один — для домохозяйства с 10 панелями, другой — для электростанции с 2127 фотоэлектрическими панелями. Оба случая были смоделированы в климатических условиях Ливана. Все результаты были рассчитаны с учётом коэффициента R.

Среднее увеличение эффективности для каждого решения было рассчитано на основе данных из предыдущих исследований. Среднее увеличение эффективности составило 18,31% для принудительно охлаждаемых фотоэлектрических систем, 14,4% для свободно охлаждаемых фотоэлектрических систем и 11,48% для принудительно охлаждаемых фотоэлектрических систем.

«Параметр R масштабирует теоретическую максимальную выходную мощность фотоэлектрической системы в соответствии с потреблением энергии в реальных условиях, что позволяет более реалистично оценивать значения и преимущества, связанные с охлаждением, — заявили исследователи. — Таким образом, увеличение энергии, сокращение выбросов CO2 и экономия, представленные с учётом R, дают представление об относительном повышении эффективности по сравнению с коэффициентом потребления в реальных условиях».

Анализ показал, что фотоэлектрические панели с принудительным охлаждением обеспечивают наилучшие показатели энергопотребления как для домохозяйств, так и для электростанций. «В случае с жилым домом система принудительно охлаждаемых фотоэлектрических панелей показала общую выработку энергии в 6829,10 × R кВт⋅ч, система свободно охлаждаемых фотоэлектрических панелей показала общую выработку энергии в 6603,40 × R кВт⋅ч, а система принудительно охлаждаемых фотоэлектрических панелей показала общую выработку энергии в 6434,85 × R кВт⋅ч», — отметили учёные.

Что касается наземной электростанции, то система фотоэлектрических панелей с принудительным охлаждением показала общую выработку энергии в размере 1 452 549,7 × R кВт·ч, система фотоэлектрических панелей со свободным охлаждением показала общую выработку энергии в размере 1 404 544,8 × R кВт·ч, а система фотоэлектрических панелей с принудительным охлаждением показала общую выработку энергии в размере 1 368 694,5 × R кВт·ч.

Что касается экономического анализа в случае с домохозяйством, то системы с принудительным охлаждением, без принудительного охлаждения и с принудительным охлаждением обеспечили общую годовую экономию в размере 2936,51× R, 2839,46× R и 2766,98× R соответственно. В случае с электростанцией экономия составила 624 596 × R, 603 954 × R и 588 538 × R соответственно. Срок окупаемости составил 1,41 года для фотоэлектрических панелей с принудительным охлаждением, 1,32 года для фотоэлектрических панелей со свободным охлаждением и 1,18 года для фотоэлектрических панелей с принудительным охлаждением.

«Экологический анализ в случае с жилым домом показал, что системы с принудительным охлаждением, без принудительного охлаждения и с принудительным охлаждением панелей имеют общее снижение выбросов CO2 на 3960,87×R кг, 3829,97×R кг и 3732,21×R кг соответственно», — заключили исследователи. «В то время как анализ воздействия на окружающую среду в случае с электростанцией показал, что системы с принудительным охлаждением, без принудительного охлаждения и с принудительным охлаждением панелей имеют общее сокращение выбросов CO2 на 842 478× R кг, 814 636× R кг и 793 843× R кг соответственно».

Три метода были представлены в статье «Охлаждение фотоэлектрических панелей с помощью воздушной конвекции — параметрический экологический и экономический анализ с примерами из практики», опубликованной в e-Prime — Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. Исследование было проведено учёными из Ливанского международного университета LIU, Международного университета Бейрута BIU, Кувейтского университета науки и технологий и Тяньцзиньского коммерческого университета в Китае.

Аккумулятор Challenger A12-40

Ученые смоделировали установку плавучих солнечных панелей на швейцарской гидроэлектростанции открытого типа с напорным водохранилищем Etzelwerk. Используя 10% площади верхнего водохранилища для размещения солнечных панелей, исследовательская группа смогла увеличить выработку энергии примерно на 20%.

Исследовательская группа из Болонского университета в Италии смоделировала добавление плавучей фотоэлектрической (FPV) установки к существующей гидроаккумулирующей электростанции (HP) в швейцарском предгорном регионе. Эцельверк — это гидроаккумулирующая электростанция с разомкнутым контуром, которая использует перепад высот около 480 м между озером Зиль и озером Цюрих для выработки электроэнергии для Швейцарских федеральных железных дорог (SBB).

«Мы проанализировали влияние гибридной солнечно-гидроэнергетической системы с точки зрения различных дисциплин, уделяя особое внимание последствиям для управления водными ресурсами, — рассказал журналу «pv» автор исследования Доменико Микокки. — Более того, исследование проводилось в течение 38 лет. Это позволило лучше охарактеризовать гидроклиматические условия, влияющие на доступность воды и производство фотоэлектрических систем».

По словам исследователей, в настоящее время электростанция Etzelwerk состоит из семи турбин Пелтона, которые могут перерабатывать до 34 м3/с, обеспечивая установленную мощность 120 МВт. Кроме того, три 5-ступенчатых насоса общей мощностью 54 МВт способны перекачивать воду из Цюрихского озера в озеро Зиль.

В ходе моделирования команда предположила, что установка FPV будет занимать 10% площади озера Зиль. При условии, что монокристаллическая панель с пиковой мощностью 375 МВт и КПД 20,4% будет установлена на площади 0,315 км2, номинальная мощность установки FPV составит 64,12 МВт. Гидрологическая модель была основана на метеорологических данных за период с 1981 по 2018 год, а уровни спроса были предоставлены исследователям Швейцарской федеральной железной дорогой.

«Мы смоделировали работу гибридной установки HP-FPV по трём различным сценариям, — объяснили учёные. — Базовый сценарий — NoPV, без использования PV для поддержки HP. В сценарии PV1 используется установка FPV, и солнечная энергия, когда она доступна, способствует удовлетворению спроса и/или используется для перекачки воды из озера Цюрих в озеро Зиль и/или продаётся в случае избытка. Сценарий PV2 аналогичен сценарию PV1, но предполагает, что 50% воды, сэкономленной благодаря фотоэлектрической генерации, может быть выпущена из водохранилища для поддержания условий ниже по течению в периоды низкого стока.

Результаты моделирования показали, что добавление FPV к установке увеличило общее производство энергии примерно на 20%. В случае отсутствия FPV гидроэлектростанция вырабатывала в среднем 256,6 ГВт·ч в год, PV1 — в общей сложности 319,1 ГВт·ч, а PV2 — 315,2 ГВт·ч. В PV1 мощность ГЭС составила 257,7 ГВт·ч, а мощность фотоэлектрических систем — 61,4 ГВт·ч; в сценарии PV2 эти показатели составили 254,1 ГВт·ч и 61,1 ГВт·ч соответственно.

«Благодаря гибридизации завод не справляется с удовлетворением спроса в гораздо меньшей степени, чем обычный завод HP, — добавила команда. — Индекс дефицита, который связан с надёжностью системы, снижается с 11,28% (сценарий NoPV) до 3,24% (сценарий PV1) и 3,53% (сценарий PV2). Сценарии PV1 и PV2 существенно не отличаются: таким образом, дополнительные мощности, по-видимому, не сильно влияют на надёжность системы».

Анализ также показал, что дополнительный сброс воды в сценарии PV2 увеличивает среднемесячный расход воды ниже по течению с 14% в мае до примерно 50% в период с июня по август. «Наше моделирование показывает, что, по-видимому, существует потенциал для дополнительного сброса воды в нижнем течении реки без существенного ущерба для других преимуществ, уже отмеченных в предыдущих исследованиях, таких как увеличение выработки электроэнергии и повышение надёжности энергоснабжения», — заключил Микокки.

Результаты исследования были представлены в статье «Гибридная гидроэлектростанция с напорным водохранилищем в Альпах и плавучими солнечными фотоэлектрическими батареями: исследование с точки зрения водных ресурсов», опубликованной в журнале «Возобновляемые источники энергии». В исследовании приняли участие учёные из Болонского университета в Италии и Швейцарского федерального института исследований в области леса, снега и ландшафта.

Аккумулятор Challenger G12-200H

Исследователи из Китая разработали новую методику для повышения эффективности тепловых насосов с воздушным источником тепла, работающих на солнечной энергии. Согласно сообщениям, предложенный подход повышает энергоэффективность оптимизированных строительных систем на 18%, а использование солнечной энергии потенциально снижает содержание углерода в них на 37,78%.

Группа исследователей из Пекинского университета гражданского строительства и архитектуры в Китае разработала новую стратегию управления переменной температурой воды и переменным потоком в тепловых насосах с фотоэлектрическим приводом с целью повышения энергосбережения и производительности системы.

«Мы исследовали переменную температуру воды и переменную скорость потока в тепловых насосах с воздушным источником (ASHP), работающих в сочетании с солнечной энергией, включая режим работы солнечных фотоэлектрических систем и ASHP, а также метод оптимизации управления ASHP», — рассказал журналу «pv» автор исследования Сяоцзюнь Ву. «Исследование проводилось в лабораторных зданиях для определения влияния энергосбережения, сокращения выбросов углерода и эффективности системы».

В их анализе рассматривалась система ASHP, состоящая из блока ASHP, резервуара для хранения тепла и конечного блока кондиционирования воздуха. Вода циркулирует из резервуара для хранения тепла в блок ASHP для нагрева или охлаждения, а затем очищенная вода возвращается в резервуар для хранения тепла для последующего использования. При необходимости очищенная вода с помощью водяного насоса подается в конечный блок кондиционирования воздуха для обогрева или охлаждения помещения. На следующем этапе охлажденная или нагретая вода подается в резервуар для хранения и циркулирует обратно через блок ASHP для дальнейшей очистки.

Затем эта система была сконфигурирована в трёх различных вариантах: оптимизированная система ASHP с постоянной температурой воды и переменным расходом (CV-ASHP); система ASHP с переменной температурой воды и постоянным расходом (VC-ASHP); система с регулятором переменной температуры, состоящим из датчика температуры, датчика температуры воды и контроллера температуры (VV-ASHP). Эффективность этих трёх систем сравнивалась с эффективностью обычной системы ASHP с постоянной температурой воды и постоянным расходом (CC-ASHP).

При моделировании предполагалось, что только VV-ASHP будет работать с использованием фотоэлектрической энергии, а избыточная мощность будет передаваться в сеть. В периоды низкой солнечной активности система может использовать электроэнергию из сети.

Предложенная стратегия управления предназначена для использования в основном в тех случаях, когда динамическое управление системой кондиционирования воздуха в здании неэффективно, а фотоэлектрическая энергия используется в меньшей степени. Кроме того, было показано, что мощность охлаждения и обогрева четырёх систем способна удовлетворить потребности в охлаждении и обогреве помещений здания.

Моделирование показало, что годовая энергоэффективность системы CV-ASHP составляет 12,00%, системы VC-ASHP — 13,11%, а системы VV-ASHP — 24,13%. Кроме того, было установлено, что энергоэффективность системы VV-ASHP увеличивается на 25,2 % и 20,6 % соответственно в сезон охлаждения и в сезон отопления.

Также было обнаружено, что система VV-ASHP имеет самый высокий сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER), сезонный коэффициент использования энергии при потреблении пищи (HSPF) и годовой коэффициент использования (APF) со значениями 2,60, 3,65 и 2,99 соответственно.

«По сравнению с системой VV-ASHP, системой CV-ASHP, системой VC-ASHP и системой CC-ASHP, годовой показатель энергосбережения системы VV-ASHP с использованием солнечной энергии увеличивается на 18,0 %, 28,4 %, 29,3 % и 37,8 % соответственно, что более благоприятно для энергосбережения в зданиях», — пояснили учёные.

Они подчеркнули, что предложенная стратегия управления может помочь повысить энергоэффективность оптимизированных строительных систем на 18%, а использование солнечной энергии потенциально может снизить содержание углерода в них на 37,78%.

Их выводы можно найти в исследовании «Система ASHP, основанная на солнечной фотоэлектрической энергии, исследование стратегии управления для переменной температуры воды и переменного расхода»,«Строительная инженерия».

Аккумулятор FIAMM 12FGL42

Хотя в 2024 году продажи автономных солнечных комплектов немного выросли, рынок так и не восстановил темпы, наблюдавшиеся до 2022 года. В последнем отчёте профессиональной отраслевой ассоциации Gogla впервые представлены данные о солнечных генераторах (в 2024 году было продано 38 000 единиц) и автономных солнечных холодильных камерах (578 единиц).

Согласно отчёту Global Off-Grid Solar Market Report «Ежегодные продажи и влияние на рынок в 2024 году», опубликованному 26 мая 2025 года международной ассоциацией производителей автономных солнечных батарей Gogla, в прошлом году компаниями, подключёнными к сети, было продано 9,3 миллиона комплектов солнечных батарей.

Этот незначительный рост по сравнению с 2023 годом остаётся ниже рекордного уровня, наблюдавшегося в 2022 году. Тенденция неоднозначна, даже несмотря на то, что спрос остаётся высоким в регионах, не подключённых к национальным электросетям, особенно в странах Африки к югу от Сахары, а Восточная Африка будет определять динамику рынка в 2024 году.

В целом, в глобальном масштабе сектор, по-видимому, не восстановил темпы роста, наблюдавшиеся до кризиса 2021–2022 годов, когда более сложный доступ к финансированию затруднял развитие рынка автономных источников энергии. Тем не менее, Gogla отмечает устойчивость сектора в условиях инфляции и финансовых трудностей у целевых домохозяйств.

Согласно оценкам, приведённым в отчёте, ещё 20 миллионов человек получили выгоду от энергии, вырабатываемой солнечными батареями, приобретёнными в 2024 году. Таким образом, с 2010 года общее число пользователей достигло 138 миллионов, при этом не уточняется, продолжают ли эти системы работать.

Структурные сложности системы оплаты по факту

Большинство продаваемых комплектов работают по модели «оплата по факту» (PAYGO), которая позволяет домохозяйствам приобретать солнечную систему в рассрочку в течение нескольких месяцев. Эта формула, представленная как решение для подключения к энергоснабжению, также привлекла на энергетический рынок компании из других секторов (цифровых технологий, телекоммуникаций и т. д.). Однако она зависит от способности домохозяйств регулярно вносить платежи, что часто бывает затруднительно в нестабильных экономических условиях, характеризующихся инфляцией или нерегулярными доходами. У этого решения также есть очевидный недостаток: у домохозяйств мало возможностей для увеличения расходов на электроэнергию, а автономная солнечная энергия зачастую остаётся дороже, чем обычная электроэнергия из сети.

Тенденции в сфере продаж указывают на структурное ограничение этой модели: когда покупательная способность снижается или стагнирует, даже микрокредиты становятся недоступными. У некоторых наблюдателей это вызывает вопросы о долгосрочной устойчивости модели, основанной на долгах наиболее уязвимых домохозяйств.

Субсидии

В связи с этим ограничением целевое финансирование, такое как финансирование, ориентированное на результат (RBF), становится всё более необходимым, а не просто разовым инструментом для сектора. Если говорить конкретно, то оно позволяет компаниям снижать размер роялти в случае падения продаж и, наоборот, увеличивать размер выплат пропорционально полученному доходу. Сара Малм, исполнительный директор GOGLA, подчёркивает важность этих субсидий для отрасли и утверждает, что «существует острая необходимость в большей ясности и долгосрочной стабильности при реализации этих схем». Субсидии помогают снизить конечную стоимость для пользователей без ущерба для прибыльности операторов (хотя выплачиваемые средства по-прежнему финансируются налогоплательщиками). Однако они требуют структурных обязательств со стороны доноров и государственной политики, которые зачастую трудно гарантировать.

В докладе также подчеркивается, что международные доноры играют решающую роль в структурировании этого финансирования, которое требует долгосрочных обязательств, которые зачастую трудно поддерживать. В 2024 году совместная инициатива Всемирного банка и Африканского банка развития, направленная на электрификацию 300 миллионов человек к 2030 году, может проложить путь для новых схем субсидирования комплектов для солнечных батарей и связанных с ними устройств. Сектор C&I в центре внимания

В отчёте также впервые представлены данные о двух типах оборудования, предназначенного для производственного использования: солнечных генераторах (продано 38 000 единиц) и холодильных камерах на солнечных батареях (578 единиц) в 2024 году. Эти устройства, в основном используемые в коммерческой или сельскохозяйственной деятельности, отражают постепенное расширение рынка в сегменте C&I (коммерческий и промышленный), который в меньшей степени зависит от финансирования домохозяйств и потенциально более значим для местной экономики.

В Африке эти виды использования включают в себя хранение урожая, охлаждение в сельских холодильных установках, а также снабжение малых предприятий или мастерских — секторов, которые многие заинтересованные стороны считают стратегически важными. Наконец, ассоциация призывает к более активной мобилизации компаний, чтобы в будущих выпусках отчёта были представлены более полные данные о продажах, что позволит лучше ориентироваться в государственной политике и финансировании.

Trojan J305G-AC

Двусторонняя фотоэлектрическая (ФЭ) технология стала новым стандартом в солнечной индустрии. Она имеет очевидные преимущества: двусторонние солнечные системы более эффективны, поскольку улавливают солнечный свет как с передней, так и с задней стороны фотоэлектрического модуля.

Однако дискуссия о способности современного программного обеспечения для моделирования фотоэлектрических систем точно воспроизводить энергетические характеристики двусторонних фотоэлектрических модулей оставляет больше вопросов, чем ответов. Многие отраслевые инструменты моделирования по-прежнему основаны на моделях, разработанных для односторонних систем, что приводит к неточным оценкам и финансовым рискам.

Двунаправленная технология требует более продвинутых методов моделирования и более точных, детализированных наборов данных. Чтобы идти в ногу с технологическим прогрессом в области фотоэлектрических модулей, солнечная индустрия должна развиваться и выходить за рамки устаревших подходов, которые не способствуют инновациям.

В этой статье я рассматриваю три основных усовершенствования для точного моделирования бифациальных фотоэлектрических систем: технологию трассировки лучей на основе анизотропной модели неба, важность использования точных данных об альбедо поверхности и применение 15-минутных временных рядов солнечной и метеорологической активности с высоким разрешением.

Технология трассировки лучей и модель анизотропного неба

Существующие коммерческие инструменты для моделирования фотоэлектрических систем основаны на модели коэффициента обзора — упрощенном методе, использующем модель изотропного неба. Хотя этот подход эффективен для однопанельных фотоэлектрических систем, он менее точен при оценке солнечной радиации с обратной стороны для двухпанельных модулей.

Модель коэффициента обзора предполагает, что рассеянное излучение неба равномерно распределено по всему небосводу, не учитывая при этом различия в отражениях, затенении от близлежащих объектов и реальные взаимодействия с окружающей средой. Эти неточности часто приводят к завышению прогнозов по выработке солнечной энергии, что может привести к неоптимальному проектированию систем и финансовым потерям.

Технология трассировки лучей в обратном направлении с использованием модели анизотропного неба обеспечивает практически реалистичное и детальное моделирование взаимодействия отражённого света с двусторонними фотоэлектрическими модулями с учётом:

• Прямой и рассеянный свет, попадающий на переднюю и заднюю стороны модулей
• Динамическое взаимодействие солнечного излучения с земной поверхностью
• Влияние затенения от окружающих объектов, таких как конструкции, близлежащие фотоэлектрические модули, деревья и здания

Благодаря учету этих реальных переменных и их взаимодействия с двусторонними фотоэлектрическими модулями, трассировка лучей и модели анизотропного неба обеспечивают более надежное моделирование энергопотребления, точно учитывая солнечное излучение как с передней, так и с задней стороны.

Данные об альбедо поверхности земли для конкретного участка

Проще говоря, альбедо поверхности земли показывает, сколько солнечного излучения отражается от земли. В большинстве стандартных отраслевых моделей используются статические или предполагаемые значения альбедо, которые часто являются неточными. Альбедо значительно варьируется в зависимости от:

• Тип поверхности: трава, грунт, песок, снег или бетон
• Сезонные эффекты, такие как то, что покрытая снегом земля увеличивает альбедо, а растительность меняет его в течение года
• Погодные условия, такие как дождь, временно снижают альбедо

Данные об альбедо, полученные со спутников, представляют собой более точную альтернативу статическим предположениям. Эти наборы данных с высоким разрешением необходимы для точного моделирования двунаправленной фотоэлектрической системы.

Путем постобработки и объединения результатов моделирования с данными, полученными на месте, можно получить достоверные исторические значения альбедо для мест проведения работ. Значения альбедо земной поверхности, полученные с помощью спутниковой модели, обычно доступны в двух форматах: долгосрочные среднемесячные значения или временные ряды, агрегированные до ежедневных значений.

В то время как долгосрочные среднемесячные показатели обычно рекомендуются для этапа технико-экономического обоснования, данные временных рядов больше подходят для проектирования фотоэлектрических систем и оптимизации их производительности на этапе разработки проекта.

Данные временных рядов с высоким разрешением имеют решающее значение для оценки бифациальной фотоэлектрической системы

Как упоминалось выше, для предварительного этапа оценки целесообразности проекта фотоэлектрической системы могут быть приемлемы среднемесячные долгосрочные значения и упрощённые наборы данных, такие как почасовой типичный метеорологический год (TMY). Однако для детальной оценки фотоэлектрической системы, особенно для двусторонних систем, TMY не обладает необходимой точностью. Вот несколько причин:

• Почасовым данным не хватает детализации — они сглаживают погодные колебания, упуская из виду критические изменения в интенсивности излучения
• TMY — это усреднённый за длительный период набор данных, который не учитывает годовую изменчивость или экстремальные погодные явления
• Кратковременные изменения интенсивности освещения теряются, что затрудняет точное моделирование отражений от задней поверхности в бифазных системах

Наборы данных с более высокой степенью детализации, такие как 15-минутные данные временных рядов, необходимы для точного моделирования выхода энергии.

В отличие от TMY, 15-минутные временные ряды фиксируют изменения в солнечном излучении как для передней, так и для задней стороны, что позволяет разработчикам моделировать реальную производительность фотоэлектрических модулей, цепочек и инверторов, а не только «средний» сценарий. Использование данных временных рядов с высоким разрешением, а также спутниковых данных об альбедо для конкретного места и моделирование с помощью технологии трассировки лучей позволяют специалистам в области солнечной энергетики и инвесторам значительно повысить точность моделирования фотоэлектрических систем для двусторонних модулей, оптимизировать проектирование систем и с уверенностью принимать обоснованные инвестиционные решения.

Пришло время отказаться от устаревших моделей. Внедрение методологии оценки фотоэлектрических систем с высоким разрешением — это не просто обновление, это новый отраслевой стандарт.

Аккумулятор Trojan T105

Основываясь на цикле Ренкина с тепловым насосом, учёные из Португалии создали шесть различных моделей аккумуляторов Карно для стационарного хранения энергии. Они исследовали 16 различных комбинаций рабочих жидкостей и провели многоцелевую оптимизацию для выбора наилучшего кандидата.

Исследователи из Университета Коимбры в Португалии разработали различные версии тепловых насосов на основе органического цикла Ренкина и батарей Карно (КБ).

Батареи Карно - это системы, которые накапливают электроэнергию в виде тепла с помощью накопителей, таких как вода или расплавленная соль, и при необходимости преобразуют тепло обратно в электричество. В эту категорию входят системы жидкостно-воздушного аккумулирования энергии (LAES) и системы перекачиваемых хранилищ тепловой энергии (PTES) на основе Brayton или Rankine, а также системы хранения Lamm-Honigmann, основанные на сорбционной технологии, которые могут заряжаться и разряжаться как теплом, так и электроэнергией, и системы, основанные на интегрированном резистивном нагреве с циклами включения.

Все эти технологии хранения данных позволяют использовать их в широком спектре приложений, таких как арбитражное дело, вспомогательные услуги или сокращение пиковых нагрузок в энергосетях.

Ученые смоделировали несколько систем с помощью одноцелевой и многоцелевой оптимизации для повышения энергетической, эксергетической и экономической эффективности, используя 16 различных комбинаций экологически чистых рабочих жидкостей.

«CB — это технология хранения энергии «мощность-тепло-мощность», которая преобразует избыточную электроэнергию в тепловую энергию путем нагрева или охлаждения системы хранения тепловой энергии (TES). Хранящуюся тепловую энергию можно впоследствии преобразовать обратно в электричество, когда это необходимо, — объяснили ученые. — CB разделен на три тепловых сектора: резервуары TES (для высокой и низкой температуры), источник тепла и теплоотвод».

Команда предложила шесть комбинаций HP-ORC, которые работают как CB. Система 1 — это самая простая система, включающая тепловой насос с паровым сжатием (VCHP) и простой ORC. Система 2 добавляет регенератор к тепловому насосу, система 3 добавляет регенератор к ORC, а система 4 добавляет регенераторы как к тепловому насосу, так и к ORC. В системе 5 используется двухступенчатый тепловой насос с камерой расширения, а в системе 6 — двухступенчатый тепловой насос и регенеративный ORC.

Были протестированы четыре различные рабочие жидкости как для HP, так и для ORC, что в общей сложности дало 16 возможных комбинаций. В частности, это были R1224yd(Z), R1234ze(Z), R1336mzz(Z) и R1233zd(E). Системы были разработаны в MATLAB 2024a с учётом установившегося режима работы VCHP и ORC; отсутствия тепловых потерь и потерь давления в теплообменниках; постоянной эффективности компрессора и расширителя; использования воды в качестве теплоносителя в источнике тепла, накопителе и источнике холода.

Во-первых, была проведена одноцелевая оптимизация для всех возможных комбинаций шести конфигураций системы и 16 пар рабочих жидкостей. Каждая комбинация прошла через три одноцелевые оптимизации — энергетическую, эксергетическую и экономическую. Для систематического определения оптимальной пары рабочих жидкостей была применена новая методология оценки.

Моделирование показало, что регенеративный тепловой насос и конфигурация ORC (система 4) стабильно обеспечивают наилучшие результаты для всех комбинаций жидкостей, демонстрируя свою пригодность для этой технологии по сравнению с другими системами. Наивысшую общую производительность показали R1233zd(E)-R1233zd(E), за которыми следуют R1234ze(Z)-R1224yd(Z). Было установлено, что базовая конфигурация теплового насоса и ORC (система 1) с R1336mzz(Z)-R1336mzz(Z) обеспечивает наименьшую производительность.

После этого анализа группа провела многоцелевую оптимизацию для системы 4, используя R1233zd(E) как на стороне HP, так и на стороне ORC. Согласно их выводам, существует компромисс между эффективностью в обоих направлениях и усреднённой стоимостью хранения (LCOS). Тем не менее, оптимальный проект обеспечил эффективность в обоих направлениях 57,43% и LCOS 0,649 евро (0,73 доллара США) за кВт⋅ч.

«Была достигнута более высокая эффективность — до 81,30% — без существенного снижения общей производительности. Дальнейшие улучшения нецелесообразны из-за быстрого снижения производительности», — заявили в команде. «Оптимальная точка проектирования соответствует стоимости электроэнергии 1,093 евро/кВт⋅ч для маломасштабной экспериментальной установки, но ожидается, что при больших масштабах она снизится».

Их выводы были представлены в статье «Многоцелевая оптимизация и проектирование батареи Карно для хранения энергии», опубликованной в журнале «Преобразование и управление энергией: X.

В исследовании, опубликованном в 2023 году, учёные из Технического университета Дании предложили использовать батареи Карно для перевода угольных электростанций на производство возобновляемой энергии.

Другая группа исследователей из Дании также изучала, как батареи Карно могут использоваться для хранения возобновляемой энергии в их родной стране, и обнаружила, что эти устройства могут внести значительный вклад только при определённых затратах.

Аккумулятор Trojan 31XHS

Австралийские исследователи разработали системы электролиза, которые используют мочевину, получаемую из мочи и сточных вод, для производства водорода со «значительно более низкими» затратами энергии, чем при традиционных методах расщепления воды.

Исследователи из Университета Аделаиды и Центра передового опыта Австралийского исследовательского совета в области углеродных наук и инноваций (COE-CSI) создали две системы электролиза, которые используют мочевину, содержащуюся в моче и сточных водах, для производства водорода, сокращая при этом потребление электроэнергии на 27% по сравнению с производством водорода на водной основе.

Главный исследователь COE-CSI профессор Яо Чжэн сказал, что этот подход не только делает «зелёный» водород экономически конкурентоспособным по сравнению с альтернативами, получаемыми из ископаемого топлива, но и создаёт элегантное решение для очистки сточных вод.

«Хотя мы ещё не решили все проблемы, при масштабировании этих систем наши системы будут производить безвредный азот вместо токсичных нитратов и нитритов, и любая из этих систем будет потреблять на 20–27% меньше электроэнергии, чем системы, расщепляющие воду», — сказал он.

Водород обычно получают с помощью электролиза, расщепляющего воду на кислород и водород. Исследовательская группа заявила, что этот процесс «слишком затратный» и энергоёмкий: для запуска реакции требуется напряжение 1,23 В, в то время как для расщепления мочевины, которая как носитель водорода имеет более низкий термодинамический барьер разложения, чем вода, требуется всего 0,37 В.

В своём первом исследовании команда использовала безмембранную систему электролиза с катализатором на основе меди и чистой мочевиной в качестве исходного сырья. Эта мочевина была получена в результате процесса синтеза аммиака по методу Габера — Боша. Чтобы избежать этого энергозатратного процесса с выбросами углерода, была разработана вторая система для использования мочевины, содержащейся в моче.

«Нам нужно снизить стоимость производства водорода, но при этом сохранить углеродный баланс, — сказал Чжэн. — В нашей первой статье, несмотря на использование уникальной бесмембранной системы и нового катализатора на основе меди, применялась чистая мочевина, которая производится в процессе синтеза аммиака по методу Габера-Боша, который является энергозатратным и выделяет много CO₂».

«Мы решили эту проблему, используя экологически чистый источник мочевины — человеческую мочу, которая является основой системы, описанной в нашей второй статье».

Хотя моча является многообещающим источником мочевины, она сама по себе представляет проблему. Она содержит ионы хлора, которые могут вызывать нежелательные химические реакции во время электролиза. В результате этих реакций образуется газообразный хлор, который разъедает анод системы и снижает ее долговечность.

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали вторую систему, в которой используется механизм окисления с участием хлора, перенаправляющий ход реакции с помощью катализаторов на основе платины, нанесённых на углерод.

Исследователи заявили, что такой подход не только защищает анод, но и обеспечивает эффективную выработку водорода из мочи. Система на основе платины позволяет снизить потребление электроэнергии до 4,05 кВт/ч на кубический метр водорода, что превосходит традиционный электролиз воды (4,70–5,00 кВт/ч).

«Финансовые последствия этого прорыва могут изменить ситуацию с «зелёным» водородом», — заявили они, добавив, что, согласно расчётам, водород, производимый с помощью их системы, стоит дешевле, чем традиционно добываемый «серый» водород из ископаемого топлива.

«Безмембранный электролизер промышленного масштаба, основанный на этой системе, успешно снижает стоимость производства водорода до 1,81 доллара США за килограмм (2,79 доллара США), что ниже, чем у «серого» водорода, и ниже технического целевого показателя Министерства энергетики США на 2030 год в 2,00–2,50 доллара США (3,08–3,85 доллара США) за килограмм», — заявили исследователи.

Сейчас команда работает над созданием полностью бесмембранных систем, которые будут одновременно восстанавливать «зелёный» водород и очищать сточные воды, богатые азотом. Также было признано, что использование платины в качестве каталитического материала нецелесообразно, и команда стремится разработать альтернативы из недрагоценных металлов.

Исследование опубликовано в Angewandte Chemie International Edition и Nature Communications.

Аккумулятор Trojan T145

Немецкий специалист по автоматизации Acp systems разработал передовое роботизированное решение, объединяющее обработку изображений для работы с различными размерами и допусками пластин в процессе осаждения из паровой фазы для производителя космических солнечных батарей. Требования включали компактную конструкцию, точность до 0,1 мм и автоматизированный контроль качества обработки пластин.

Немецкий производитель промышленного оборудования Acp systems интегрировал решение для роботизированной обработки пластин с помощью машинного зрения в системы нанесения покрытий, разработанные немецкой компанией Singulus Technologies и внедренные Azur Space Solar Power, производителем высокоэффективных многопереходных солнечных элементов для космоса и наземных систем концентраторов (CPV) в Германии.

По данным Acp systems, производителю многопереходных солнечных элементов требовалось полностью автоматизированное решение, интегрированное в процесс химического осаждения из газовой фазы с использованием плазмы (PECVD), которое повысило бы производительность, но при этом обеспечило бы точную и бережную обработку дорогостоящих солнечных элементов, изготовленных на подложках из германия.

Новое решение было разработано для обеспечения заданной точности позиционирования +/- 0,1 мм в гнездах держателей заготовок, а также для компенсации производственных допусков держателей и усадки, вызванной охлаждением во время загрузки.

Для решения этой задачи было разработано интеллектуальное решение для обработки пластин с помощью промышленного робота с шарнирно-сочлененной рукой (SCARA), поддерживающего двустороннее нанесение покрытия. Он был установлен и интегрирован в зону загрузки кассет систем PECVD компании Singululs Technologies.

«Новая система была введена в эксплуатацию в июне 2024 года, и с тех пор не было ни одного случая повреждения пластин в процессе обработки», — подтвердил журналу «pv»

Решение включает в себя как минимум две подсистемы камер — программное обеспечение для машинного зрения Cognex Vision Pro и робота SCARA. Робот SCARA с длиной манипулятора 1000 миллиметров извлекает пластины из кассет и надёжно и точно помещает их в гнезда из углеродного волокна на несколько сотен микрометров больше, чем сами заготовки.

Роботизированная рука оснащена плоским вакуумным захватом, который можно быстро заменить для работы с пластинами разных размеров. В системе также есть поворотная станция для нанесения покрытия на обе стороны солнечных элементов. «В зависимости от размера элемента на подложках размером 1000 мм x 600 мм можно разместить четыре, девять или 16 пластин», — сообщили в Acp systems.

12-мегапиксельная камера определяет точное положение пластин на столе для выравнивания с подсветкой и в течение всего процесса отправляет информацию в программное обеспечение машинного зрения, которое обеспечивает управление и вычислительную мощность, необходимые для точного позиционирования и обработки, даже если пластины и кассеты отличаются от исходного размера, формы или толщины. Например, в случае термической усадки из-за охлаждения после нанесения покрытия при температуре до 350 °C.

Наконец, для контроля качества используется система камер, которая позволяет убедиться в отсутствии повреждений на краях пластин перед тем, как покрытые плёнкой солнечные элементы будут помещены обратно в кассеты.

Компания Acp systems, основанная в 1997 году, предоставляет технологии для производства солнечных батарей, электроники, полупроводников, автомобилей, медицинской и фармацевтической продукции. Недавно она разработала систему очистки от снега quattro Clean, которая интегрирована в оборудование немецкой компании Sciprios для производства перовскитных солнечных батарей и органических фотоэлектрических систем (OPV).

Аккумулятор FIAMM FG 20721

В новом еженедельном выпуске журнала «pv» компания Solcast, входящая в DNV, сообщает, что атмосферные частицы, образовавшиеся в результате пыльных бурь в Сахаре и лесных пожаров в Канаде, привели к снижению солнечной радиации и увеличению загрязнения панелей в Средиземноморском регионе за последнюю неделю.

Согласно анализу, проведённому с помощью Solcast API, за последнюю неделю интенсивность солнечного излучения в Средиземноморском регионе значительно снизилась из-за атмосферных частиц, содержащихся в пыли из Сахары и дыме от лесных пожаров в Канаде. Сочетание региональных и трансконтинентальных переносов аэрозолей повлияло на выработку солнечной энергии в Южной Европе, приведя к снижению интенсивности солнечного излучения и увеличению загрязнения.

Первое крупное событие, вызвавшее волну пыли из Сахары, поднявшуюся на средние уровни атмосферы, было связано с мощным субтропическим антициклоном, который направил глубокий юго-западный поток через западную часть Средиземного моря. 16 мая эта первая волна пыли достигла Греции, где интенсивность солнечного излучения снизилась на 5–7%. Анализ, проведённый командой Solcast Data Science, позволяет выделить интенсивность солнечного излучения, теряемую из-за аэрозолей и облаков, и подчеркнуть влияние динамических аэрозолей на солнечную генерацию. Общая расчётная глобальная горизонтальная радиация (GHI), поглощённая аэрозолями в месте расположения Родоса, 16 мая составила 251,5 кВт⋅ч/м2. Этот подробный анализ был проведён с использованием последних доступных спутниковых данных с высоким временным разрешением, полученных со спутниковой платформы Meteosat третьего поколения.

Помимо снижения интенсивности солнечного излучения, эти пылевые бури создают дополнительную проблему: загрязнение фотоэлектрических панелей. Оседание пыли, особенно после дождя, может значительно снизить эффективность панелей и увеличить требования к их обслуживанию. Устойчивый атмосферный антициклон сыграл ключевую роль в переносе пыли с севера Сахары, увеличив её распространение и продолжительность воздействия на населённые регионы.

После этого события, произошедшего на прошлой неделе, второе облако пыли из Сахары было усилено дымом от лесных пожаров в Манитобе, Канада. Эти пожары привели к образованию пирокучево-дождевых облаков, которые подняли дым высоко в верхние слои атмосферы, где сильные западные ветры перенесли его через Атлантику. Данные о смоделированной оптической глубине аэрозоля (AOD550) от CAMS показывают одновременное продвижение этого шлейфа дыма и приближающегося к Греции пылевого фронта из Сахары.

Это второе событие отражено в данных аномалии GHI. На приведенном ниже снимке аномалии GHI за 18 мая можно увидеть, как дымовые аэрозоли смешиваются с новым пылевым облаком над Пиренейским полуостровом и Марокко. Это облако затем затронуло Италию 20 мая и к 21-му достигло Хорватии, Венгрии и некоторых греческих островов. Моделирование интенсивности излучения при ясном небе, проведённое Solcast 18 мая, указывает на прохождение этой насыщенной аэрозолями воздушной массы. По оценкам, интенсивность излучения при ясном небе снизилась примерно на 5% в затронутых районах. Это ухудшение не только сократило выработку фотоэлектрической энергии, но и повысило риск загрязнения, особенно в районах, где во время проникновения аэрозолей шли дожди.

Solcast получает эти данные, отслеживая облака и аэрозоли с разрешением 1-2 км по всему миру с помощью спутниковых данных и собственных алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения. Эти данные используются для моделирования интенсивности излучения, что позволяет Solcast рассчитывать интенсивность излучения с высоким разрешением, с типичной погрешностью менее 2%, а также прогнозировать облачность. Эти данные используются более чем 350 компаниями, управляющими более чем 300 ГВт солнечных мощностей по всему миру.