ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена особенностям факторов, влияющих на производительность солнечных батарей. Она раскрывает возможности повысить эффективность работы современного получения энергии. Как известно, солнечные батареи представляют собой инновацию, которая внедряется во многие сферы жизнедеятельности общества, а также науки. Благодаря данной статье информация об производительности солнечных батарей будет систематизирована.

ABSTRACT

This article is devoted to the features of the factors affecting the performance of solar panels. It reveals opportunities to improve the efficiency of modern energy production. As you know, solar batteries are an innovation that is being introduced into many areas of society, as well as science. Thanks to this article, information about the performance of solar panels will be systematized.

Ключевые слова: энергия; солнечная энергия; солнечные батареи; инновации; технологии; факторы производительности.

Keywords: energy; solar energy; solar panels; innovation; technology; performance factors.

Для начала, необходимо рассмотреть, что представляет собой солнечная энергия и ее характеристики. Солнечная энергия в современном мире представляет собой актуальный источник электроэнергии, который используется как для обеспечения современны технологий, а также бытовых устройств. Данный тип энергии является экологически чистым.

Солнечные батарей работают засчёт следующиx особенностей разработки [1, c. 40]:

• Работа при помощи фотоэлектрических элементов, предполагает работу в системе солнечных электростанций. Таким образом основную солнечную энергию получают данные фотоэлектрические элементы системы, которые расположены на самом устройстве солнечной батареи. Работа данной батареи будет зависеть от работы фотоэлектрических элементов, на которые попадает солнечный свет.
• Работа солнечных батарей на основе термоэлектрических генераторов. В данном устройстве происходит получение электрической энергии из тепловой. Работа происходит за счёт перепада температуры в разных частях солнечной батареи.

Следовательно, становится понятно, что солнечные батареи могут работать различным образом, и при помощи разнообразной вариации получения энергии, что дает возможность большего использования в актуальныx сфера функционирования. Главное, чтобы на них попадало достаточное количество света [1, c. 44].

1. Угол наклона 

Благодаря сферической форме Земли солнечный свет освещает поверхность Земли неравномерно. На полюсах энергия солнечного света будет выше чем на Экваторе. Однако, не стоит делать вывод, что нельзя использовать солнечную энергию в широтах расположенных далеко от экватора. Необходимо просто учитывать угол наклона попадания солнечного света.

Угол наклона солнечного света не только меняется счёт широты, но и в течении дня и различен в разные периоды времен года. Следовательно, солнечная панель должна менять угол наклона в течении дня, для того, чтобы вырабатывать достаточное количество солнечной энергии. Однако, так должна работать идеальная солнечная батарея. Но на практике часто проявляются конструктивные ограничения установки, которые необходимо подкреплять различными современными устройствами.

Рассмотрим на примере работы солнечной батареи на крыше дома. «Если угол наклона ориентирован на юг, а угол наклона близок к широте местности, фотоэлементы лучше установить на плоскости крыши, для продуктивной работы панели. В таком случае потери энергии будут незначительными» [3, c. 5].

Вообще, для эффективной работы солнечной панели угол наклона можно высчитать по следующей формуле:

«Для широт до 25 градусов значение широты должно быть умножено на коэффициент 0,87. Это будет лучший угол наклона.

Для широт от 25 до 50 градусов следует умножить значение широты на коэффициент 0,76 и добавьте 3,1 градуса» [3, c. 5].

В таком случае, солнечная батарея предполагает следующее рекомендации в своём использовании:

• в весенний и осенний периоды необходимо устанавливать солнечную панель, с углом наклона равному широте области;
• зимой в расчётах необходимо добавлять 10-15 градусов к широте;
• летом наоборот отнимать 10-15 градусов от широты.

2. Ориентация 

Что касается ориентации, то солнечные батареи необходимо размещать в направлении к югу с отклонениями не более 20 градусов на восток и 30 градусов к западу. Если солнечные батареи будут работать не в соответствии с данными критериями, иx работа будет менее эффективна.

При расчете количества солнечной энергии, получаемой солнечными панелями при падении солнечных лучей под углом, отличным от 90 °, рассмотрим следующий пример: «солнечные батареи ориентированы на юг. Солнце светит с юго-востока. Линия, проведенная перпендикулярно между солнечными панелями и направлением на Солнце, имеет угол, равный 360/8 = 45 градусов. Ширина одного луча падающего солнечного излучения будет равна tan (| 90-45 | )/sin (| 90-45 |) = 1,41, а количество солнечной энергии, получаемой солнечными панелями, будет равно 1/1,41 = 71% от мощности, которая была бы получена, если бы Солнце светило точно с юга» [4].

Таким образом можно учесть актуальную и действенную ориентацию расположения световых батарей.

3. Температура

Следует отметить, что при увеличении температуры в солнечныx батареяx поток электронов нарастает, вызывающий увеличение силы  тока, что приводит к снижению эффективности работы солнечны батарей.

Если конкретно рассматривать градусы Цельсия для эффективной работы солнечны панелей, то они составляют 25º. К счастью, повышение работоспособности солнечны батарей можно уравновесить понизя температуру атмосферы, она снова увеличивается, когда температура падает. Более активно можно понизить температуру атмосферы около солнечных батарей, применив испарительное охлаждение.

4. Наличие теневых зон 

«Эффективность солнечных батарей будет максимальной, если они будут обеспечены равномерным освещением по всей площади. Если какой-либо из элементов находится в тени, рекомендуется временно отключить его. Необходимо контролировать освещенность панелей в светлое время суток» [5].

До сих пор имелась ввиду тень, которая падает на солнечную батарею от близлежащих объектов или от объектов, прямо лежащих на солнечной панели, таких как дымоходы, опавшие листья и т.д. Эти объекты отбрасывают «сильную» тень с явными контурами. Но существует также понятие «слабой» тени, отбрасываемой от других зданий, расположенных на некотором расстоянии или растущих рядом деревьев.

Под действием сильной тени напряжение на затенённой панели уменьшается. При слабом затенении сила течения снижается, как и при пасмурной погоде.

Для повышения эффективности рекомендуется использовать инверторы с несколькими MPPT-трекерами или использовать несколько инверторов/контроллеров заряда. Существует также решение для применения микроинвертеров на каждой солнечной панели.

5. Очистка

«Необходимо, чтобы поверхность солнечных батарей периодически была способна самоочищаться от снега, опавших листьев и пыли, так как обычно установка солнечных электростанций осуществляется в отдаленных районах и постоянный мониторинг их чистоты персоналом невозможен» [2]. Мониторинг и постоянное обслуживание увеличивают стоимость строительства, а снижение затрат на строительство и содержание солнечных электростанций является ключевым фактором дальнейшего развития.

За счет решения экономических аспектов и разработки различныx современныx конструкций, которые будут учитывать все атмосферные колебания, можно снизить затраты на содержание персонала, использование моющих средств и дополнительного дорогостоящего оборудования. Современные конструкции минимизированы по отношению к компонентному оборудованию и, таким образом, свободны от затрат на обслуживание. Благодаря конструкциям по очистке солнечныx батарей срок службы увеличится. Использование таких устройств позволит даже сегодня очень интенсивно использовать солнечную энергию и позволит занять значительное место в топливно-энергетическом комплексе ряда стран. Также активное принятие на государственном уровне законов, обеспечивающих существенную поддержку развития солнечной энергетики, значительно увеличит количество строящихся и эксплуатируемых солнечных электростанций, что в свою очередь будет способствовать постепенному переходу от отраслей, зависящих от традиционного топлива, к альтернативным.

Список литературы:

1. Дизендорф А. В., Усков А. Е. Перспективы возобновляемой энергетики. – М. : Наука, 2015. – 229 c.
2. Исмагилов Ф.Р., Вавилов В. Е., Нургалиева Р.А. Система очистки солнечных панелей. – М: Вестник УГАТУ, 2017. – С.61 – 65.
3. Угол наклона и ориентация солнечных батарей для максимальной производительности / [Электронный ресурс]. – М. : https://tcip.ru/blog/solar-panels/ugol-naklona-i-orientatsiya-solnechnyh-batarej-dlya-maksimalnoj-proizvoditelnosti.html , 2018 – Дата доступа : 15.08.2022
4. Угол наклона и направление / [Электронный ресурс]. – М. :: https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/techtilt.htm, 2021 – Дата доступа : 15.08.2022
5. Факторы, влияющие на эффективность использования солнечных панелей / [Электронный ресурс]. – М.  : Режим доступа : https://lik-o-dil-es.blogspot.com/2019/01/faktory-vliyayushchie-na-ehffektivnost-ispolzovaniya-solnechnyh-panelej.html,  2019 – Дата доступа : 11.08.2022