Повышение эффективности вертикальных фотоэлектрических систем с помощью регулируемых отражателей

Аккумулятор Challenger A12-120

Исследователи из Тайваня разработали регулируемую систему алюминиевых отражателей, которая повышает эффективность вертикально установленных двусторонних солнечных модулей. Прототип обеспечил прирост общей мощности на 71,32 % по сравнению с базовой системой без отражателей.

Исследователи из Национального университета науки и технологий Тайваня разработали новые регулируемые системы отражателей для повышения эффективности вертикальных двусторонних фотоэлектрических панелей.

«Система способна автоматически изменять угол наклона и эффективную длину в зависимости от высоты солнца и скорости ветра в режиме реального времени», — объяснили учёные, отметив, что их попытка использовать эту технологию в фотоэлектрических системах не является первой в своём роде на исследовательском уровне. «Такая адаптивная конфигурация улучшает улавливание солнечного излучения и обеспечивает структурную безопасность при суточных и сезонных колебаниях».

Исследовательская группа использовала так называемый метод Тагучи, который позволяет свести к минимуму отклонения в процессе за счёт надёжного планирования экспериментов даже в условиях неконтролируемых факторов окружающей среды. Это позволило выявить ключевые параметры взаимодействия и тенденции в работе фотоэлектрических систем с отражателями.

В экспериментальную установку входили фотоэлектрические модули, регулируемые отражатели, инверторы, анемометр для измерения скорости ветра, пиранометр для измерения солнечной радиации, регулятор мощности и регистратор данных.

Двусторонние модули были установлены вертикально с ориентацией с востока на запад, а отражатели были наклонены под углом, равным половине угла возвышения Солнца относительно горизонтальной плоскости. При такой конфигурации отражённый солнечный свет падает на поверхность солнечной панели перпендикулярно, что, по словам учёных, максимально увеличивает количество отражённого излучения, попадающего на панель.

«Например, когда угол возвышения солнца составляет 30°, оптимальный угол наклона отражателя — примерно 15°; когда угол возвышения составляет 45°, отражатель должен быть установлен под углом около 22,5°», — пояснили они. «Для оценки и определения наиболее эффективной комбинации параметров, включая ширину отражателя, расстояние от панели, тип материала и механизм отслеживания, была использована оптимизация Тагучи».

Они также использовали статистический инструмент дисперсионный анализ (ANOVA), чтобы определить, являются ли наблюдаемые различия между уровнями факторов значимыми, и оценить влияние каждого фактора на переменную отклика. Кроме того, они использовали модель TRNSYS для сравнительного анализа результатов эксперимента и моделирования.

Тестирование показало, что наилучшая конфигурация системы может быть достигнута при использовании алюминиевых отражателей, когда передний и задний углы отражателей составляют половину высоты солнца над горизонтом, площадь отражателей больше площади модуля, а азимутальный угол равен 110°. По имеющимся данным, это повышает эффективность примерно на 11 % по сравнению со стандартной двусторонней системой без отражателей и на 3,19 % по сравнению с неоптимизированными системами с отражателями.

«Оптимизированная система обеспечила прирост общей мощности на 71,32 % по сравнению с базовой системой без отражателей и на 3,19 % по сравнению с неоптимизированными конфигурациями отражателей, что свидетельствует о существенном повышении производительности в течение всего года», — заявили исследователи. «Комплексное использование моделирования TRNSYS и метода Тагучи обеспечивает надёжную основу для будущего проектирования и оптимизации фотоэлектрических систем с отражателями».

В перспективе, по словам учёных, они хотят протестировать систему на реальных фотоэлектрических установках в других регионах.

Их выводы можно найти в исследовании «Повышение эффективности вертикально установленных двусторонних солнечных панелей с регулируемыми отражателями, оптимизированными с помощью метода Тагучи», опубликованном в Energy Nexus.

Недавно исследователи из Университета Твенте в Нидерландах изучили, как люминесцентные солнечные концентраторы свободного пространства (ЛСКСП) можно использовать для повышения эффективности двусторонних фотоэлектрических модулей в вертикальных фотоэлектрических установках, и обнаружили, что зимой выработка электроэнергии может увеличиться на 60 %.