Новый инструмент для моделирования угловых потерь в фотоэлектрических системах

Аккумулятор FIAMM 12FGH36

Испанские исследователи проанализировали шесть моделей, используемых для расчёта потерь, связанных с модификатором угла падения (IAM) в фотоэлектрических системах. Они пришли к выводу, что модель Мартина-Руиса является наиболее полной, поскольку она учитывает дополнительные угловые потери, вызванные загрязнением.

Исследователи из Мадридского технического университета провели всесторонний анализ инструментов моделирования, используемых для измерения модификатора угла падения (IAM) — фактора, определяющего, как меняется оптическая эффективность фотоэлектрических (PV) модулей при отклонении солнечных лучей от линии, перпендикулярной поверхности модуля.

Команда исследователей объяснила, что потери в фотоэлектрических системах в основном связаны с отражением света от материалов, когда он проходит из воздуха в солнечные элементы. Эти потери более заметны на панелях, загрязненных пылью. «Годовые потери в фотоэлектрических системах, которые обычно называют годовыми угловыми потерями (AAL), составляют от 1% до 5% годового энерговыделения в фотоэлектрических установках промышленного масштаба, — подчеркнули исследователи. — Это достаточно значительный показатель, который необходимо учитывать при моделировании производительности системы».

Исследовательская группа описала шесть моделей IAM: модель ASHRAE, простейший подход, принятый Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE); модель Air-Glass, которая учитывает только границу раздела воздух-стекло и использует единственное значение показателя преломления (n); модель Мартина–Руиса, специально рекомендованная в стандарте IEC 61853-2 для описания соответствующих экспериментальных результатов IAM; база данных Sandia IAM, которую ученые назвали “больше не поддерживаемой” и “устаревшей”; физическая модель, основанная на данных Снелла и Законы Бугера; и модель чувствительности глаза, которая имитирует то, как человеческий глаз адаптируется к различным уровням освещенности, особенно в условиях высокого динамического диапазона.

После оценки команда отказалась от модели Sandia из-за отсутствия поддержки и от физической модели из-за её сложности. Остальные четыре модели были реализованы для имитации передней и задней поверхностей фотоэлектрических модулей в SISIFO — инструменте для моделирования производительности фотоэлектрических систем, доступном как в бесплатной, так и в платной версиях.

«Затем мы провели обширное моделирование, охватившее как статические, так и отслеживаемые фотоэлектрические системы в трёх разных широтах, чтобы понять, как влияют потери в интеллектуальных системах управления и насколько совместимы разные модели таких систем, — объяснили они. — Это позволяет тестировать улучшения программного обеспечения на реальных фотоэлектрических установках, снижая неопределённость при расчёте годового энергопотребления».

Чтобы оценить реальное влияние потерь в системе IAM и эффективность предложенных моделей, исследователи смоделировали потери в системе AAL на трёх объектах, расположенных в разных широтах, с использованием двух типов односторонних фотоэлектрических установок с фиксированной конструкцией и одноосевыми трекерами соответственно.

Результаты показали, что модель Air-Glass завышает годовые угловые потери для прямого и отражённого излучения, но занижает потери для изотропного диффузного излучения. Между тем модель Eye-Sensitivity стабильно предсказывала значительно более низкие годовые угловые потери, чем другие модели.

Модель Мартина-Руиса оказалась единственной моделью, способной рассчитать дополнительные годовые угловые потери, вызванные загрязнением. «Для справки: при потере 2 % перпендикулярного излучения из-за загрязнения эта модель оценивает дополнительные годовые угловые потери в 0,5 %, 0,9 % и 1,2 % для одноосных трекеров в Чили, Испании и Швеции соответственно, а также в 1,0 %, 1,3 % и 1,7 % для статических фотоэлектрических установок. Это подтверждает нашу рекомендацию учитывать эти дополнительные потери в других моделях, которые их не учитывают», — отметила команда.

Исследователи пришли к выводу, что их обзор представляет собой ценный инструмент для измерения потерь в фотоэлектрических модулях с обычным стеклом или антибликовым покрытием (AR). «Ежегодные потери в разных моделях были одинаковыми и составляли 0,2 %, что обеспечивает надёжную точность во всех случаях. В целом ежегодные потери энергии составляют от 1 % до 5 % в зависимости от используемой модели IAM», — заявили они.

Их работа представлена в статье «Угловые потери при оценке фотоэлектрической энергии: обзор моделей и сравнительный анализ с использованием усовершенствованного инструмента моделирования SISIFO», опубликованной в Renewable and Sustainable Energy Reviews.