Солнечные модули со встроенными понижающими преобразователями могут повысить выработку солнечной энергии на крышах до 20 % при частичном затенении

Купить батарею Challenger EVG12-75

Исследователи Делфтского технического университета обнаружили, что интеллектуальные фотоэлектрические модули со встроенными понижающими преобразователями могут значительно повысить выработку энергии при частичном затенении, поскольку отдельные подстроки могут работать независимо друг от друга. Такие системы вырабатывают на 15–20 % больше энергии, чем системы со струнными инверторами, и на 2–3 % больше, чем системы с микроинверторами или оптимизаторами мощности, при этом потенциально поддерживая стоимость модулей на 50 % выше при той же стоимости электроэнергии.

Графическая аннотация

Исследовательская группа из Делфтского технического университета (TU Delft) в Нидерландах изучила потенциал «умных» фотоэлектрических модулей в городской среде. Согласно результатам моделирования, «умные» фотоэлектрические модули оснащены встроенными понижающими преобразователями, которые позволяют подстрокам внутри модуля работать независимо друг от друга, повышая выработку энергии в условиях затенения.

«Хотя эта концепция уже рассматривалась в других исследованиях, новизна нашей работы заключается в том, что мы рассчитываем энергетический выход систем с этими интеллектуальными модулями в реальных условиях и сравниваем его с выходом обычных систем, — рассказал автор исследования Юрий Блом. — Результаты показывают, что интеллектуальные модули обладают самой высокой производительностью во всех рассмотренных топологиях систем».

Блом сказал, что его группа планирует продолжить изучение того, как силовая электроника может повысить производительность солнечных панелей.

«Это также применимо к четырехполюсным перовскитно-кремниевым модулям. Поскольку в этих устройствах две цепочки, встроенная силовая электроника может сыграть ключевую роль в устранении необходимости в дополнительных преобразователях», — сказал он.

Для своего исследования команда смоделировала восемь конфигураций фотоэлектрических систем с помощью PVMD Toolbox. Системы сочетали в себе две архитектуры ячеек TOPCon: с перекрестными контактами на обратной стороне (interdigitated back contact, IBC) и с контактами на передней и обратной сторонах (front/back contact, FBC), а также четыре топологии преобразователей.

В эталонных модулях типа «бабочка» использовались полувырезанные ячейки размером 156 мм × 78 мм, объединенные в шесть подстрок с байпасными диодами. В интеллектуальных модулях байпасные диоды заменены на понижающие преобразователи, что позволяет каждой подстроке работать независимо в своей точке максимальной мощности.

Четыре конфигурации: модули типа «бабочка» со струнными инверторами, модули типа «бабочка» с микроинверторами, модули типа «бабочка» со струнными инверторами и оптимизаторами мощности, а также интеллектуальные модули со струнными инверторами.

Исследователи смоделировали работу систем на одной и той же смоделированной крыше с использованием 25 фотоэлектрических модулей в трёх локациях: Роттердам в Нидерландах, Богота в Колумбии и Сан-Франциско в США. Крыша обращена на юго-запад под углом 146 градусов и окружена несколькими объектами, которые создают частичное затенение. Моделирование охватывало целый год.

«Самым неожиданным результатом стало то, что системы с интеллектуальными модулями могут иметь на 50% более высокую стоимость модулей, но при этом иметь такую же приведенную стоимость электроэнергии (LCOE), как и другие рассмотренные системы, — сказал Блом. — Это означает, что если увеличение стоимости силовой электроники не превысит 50%, интеллектуальные модули будут более выгодными с финансовой точки зрения». Хотя ожидалось, что интеллектуальные модули будут вырабатывать больше энергии, чем обычные системы с микроинверторами, тот факт, что для них требуется меньше силовых преобразователей, повышает их экономическую эффективность».

Результаты также показали, что система с интеллектуальными модулями вырабатывает больше всего энергии среди всех рассмотренных топологий, поскольку подстроки могут работать независимо друг от друга. Это повышает устойчивость к затенению, что приводит к увеличению выработки энергии на 15–20 % по сравнению с системой со струнными инверторами и на 2–3 % по сравнению с системами, использующими микроинверторы или оптимизаторы мощности.

Новый подход был представлен в статье «Исследование эффективности выработки энергии интеллектуальными фотоэлектрическими модулями в затененных условиях», опубликованной в журнале Solar Energy.