20-месячные полевые испытания показали, что двусторонние фотоэлектрические панели с трекером превосходят аналоги с фиксированным наклоном по производительности на 13,5 % в условиях пустыни.

Аккумулятор FIAMM 12FGH50

Катарские исследователи обнаружили, что в условиях пустыни двунаправленные горизонтальные одноосевые фотоэлектрические системы с отслеживанием положения солнца 2P вырабатывают на 13,5% больше электроэнергии, чем системы с фиксированным наклоном, согласно результатам долгосрочных полевых испытаний в Катаре. Исследование также показало, что эффективность систем зависит от сезона и технологии, а преимущества систем с отслеживанием положения солнца варьируются в зависимости от интенсивности солнечного излучения и погодных условий.

Экспериментальная установка

Исследователи из Университета Хамада бин Халифы (HBKU) в Катаре сравнили эффективность двусторонних горизонтальных фотоэлектрических систем с двумя портретами (2P) и горизонтальными одноосевыми трекерами (HSAT) с системами с фиксированным наклоном в условиях пустыни на Ближнем Востоке и обнаружили, что двусторонние панели могут вырабатывать на 13,5% больше электроэнергии, чем их аналоги.

«В этом исследовании оценивалось влияние технологии производства модулей, коэффициента покрытия поверхности (КП), конфигурации солнечных батарей и условий окружающей среды на выработку энергии, — рассказал автор исследования Маулид М. Кивамбе. — Благодаря семи рядам трекеров, изменяемому шагу, 34 солнечным батареям, 13 коммерческим вариантам фотоэлектрических модулей, а также различным вариантам размещения относительно опорной трубы и солнечных батарей с фиксированным углом наклона, этот испытательный стенд является одним из крупнейших в мире исследовательских центров в области высокопроизводительных солнечных технологий».

20-месячные полевые испытания проводились в Катарском научно-исследовательском институте окружающей среды и энергетики (Qatar Environment and Energy Research Institute, QEERI) при Университете Хамады, где с 2020 года эксплуатируется горизонтальная одноосевая система слежения за солнцем. На этой площадке очень высокая солнечная инсоляция, а климат классифицируется как пустынный по системе классификации климатов Кёппена — Гейгера — фотоэлектрической. Установка включает в себя семь рядов трекеров SOLTEC-SF7 с разной степенью покрытия поверхности и несколько конфигураций фотоэлектрических модулей, использующих 13 различных технологий. В нем используется астрономическое одноосевое слежение с асимметричным возвратом для уменьшения затенения и оптимизации выработки энергии.

Температура тыльной стороны модуля измерялась с помощью встроенных датчиков, а различные компоненты освещенности, такие как освещенность в плоскости массива (POA), глобальная горизонтальная освещенность (GHI), диффузная горизонтальная освещенность (DHI) и освещенность тыльной стороны, измерялись с помощью калиброванных пиранометров и эталонных ячеек. В качестве эталона использовалась система с фиксированным наклоном, установленная под углом 22° к югу, с такой же конфигурацией струн и расстоянием между рядами, как и у системы слежения. Обе системы работали на естественной гравийной поверхности, характерной для пустынь.

Испытания показали, что система с трекером обеспечивает среднегодовую прибавку в 15,5 % по облучению в плоскости массива и 13,5 % по удельной энергоотдаче по сравнению с конфигурацией с фиксированным наклоном. Максимальная производительность достигается в начале июля 2024 года, когда суточная прибавка в энергоотдаче составляет около 36 %.

Однако тестирование также показало, что преимущества трекеров сильно зависят от сезона и проявляются в основном с февраля по сентябрь при высоком уровне прямого солнечного излучения. С октября по январь система с фиксированным углом наклона превосходит систему с трекером на 7,2 % из-за более низкого положения солнца и снижения эффективности трекера.

Анализ энергопотребления подтвердил, что система с трекером лучше улавливает утреннее и вечернее излучение летом, а система с фиксированным наклоном — в середине дня зимой. В пасмурную погоду разница в эффективности снижается, поскольку преобладает рассеянное излучение, которое обе системы улавливают одинаково.

В целом анализ показал, что системы с трекером обеспечивают более высокую годовую производительность, но их эффективность сильно зависит от положения Солнца и погодных условий, а также от состава солнечного излучения.

«Среди рассмотренных технологий модули на основе кремниевых гетеропереходов (HJT) показали самую высокую общую выработку энергии, особенно в условиях высокой освещенности и повышенной температуры окружающей среды, как и ожидалось, благодаря превосходным температурным коэффициентам и высокому коэффициенту двусторонней проводимости, — пояснили ученые. — Модули на основе фотоэлектрических элементов с p-n-переходом и высокоэффективные двусторонние модули на основе фотоэлектрических элементов с p-n-переходом также продемонстрировали высокую производительность, что указывает на то, что высокая двусторонняя проводимость может частично компенсировать менее благоприятные температурные коэффициенты».

Они также обнаружили, что расположение струн относительно торсионной трубы оказывает минимальное влияние на выработку энергии, что говорит о высокой степени гибкости компоновки систем с трекерами в условиях пустыни.