З папулярызацыяй аднаўляльных крыніц энергіі сонечныя батарэі паступова сталі адной з найважнейшых крыніц зялёнай энергіі. Аднак многія людзі могуць не ведаць, што на эфектыўнасць вытворчасці энергіі і выпрацоўку энергіі сонечнымі батарэямі ўплывае мноства фактараў, найважнейшым з якіх з'яўляюцца ўмовы асвятлення. Дык як жа ўмовы асвятлення ўплываюць на энергію, якая выпрацоўваецца сонечнымі батарэямі? Сёння мы папулярызуем гэтую тэму.
1. інтэнсіўнасць святла і выпрацоўка энергіі
Інтэнсіўнасць святла, проста кажучы, — гэта прамяністая магутнасць сонечнага святла на адзінку плошчы. Для сонечных элементаў, чым вышэйшая інтэнсіўнасць святла, тым больш энергіі атрымлівае сонечны элемент, тым вышэйшая яго выходная магутнасць. Такім чынам, у сонечныя дні з моцным сонечным святлом магутнасць, якая выпрацоўваецца сонечнымі элементамі, звычайна вышэйшая.
Магутнасць фотаэлектрычнага элемента звычайна вымяраецца ў стандартных умовах выпрабаванняў пры інтэнсіўнасці святла 1000 Вт/м², што з'яўляецца стандартным значэннем, якое выкарыстоўваецца ў лабараторыях для імітацыі сонечнага дзённага святла. Пры павелічэнні інтэнсіўнасці святла фотаэлектрычны ток у сонечным элементе павялічваецца, што, у сваю чаргу, павялічвае выходную магутнасць; і наадварот, калі інтэнсіўнасць святла памяншаецца, напрыклад, у пахмурныя дні або падчас заходу сонца, магутнасць, якая выпрацоўваецца элементам, значна памяншаецца.
Інтэнсіўнасць святла змяняецца на працягу дня. Пачынаючы з ранняй раніцы, сонца паступова ўзыходзіць, інтэнсіўнасць святла таксама паступова павялічваецца; апоўдні інтэнсіўнасць святла дасягае свайго найвышэйшага значэння; пасля абеду, калі сонца паступова апускаецца на захадзе, інтэнсіўнасць святла паступова слабее, пакуль захад сонца цалкам не знікне. Гэта змяненне інтэнсіўнасці сонечнага святла непасрэдна ўплывае на выпрацоўку энергіі сонечнымі батарэямі за дзень.
2. Кут святла і эфектыўнасць выпрацоўкі энергіі
Кут святла таксама будзе мець вялікі ўплыў на выпрацоўку энергіі сонечнымі элементамі. Калі сонечнае святло падае вертыкальна на паверхню сонечнага элемента, фотаэлектрычны элемент можа паглынуць найбольшую колькасць светлавой энергіі і, такім чынам, атрымаць найбольшую выпрацоўку энергіі; а калі сонечнае святло падае коса, частка святла будзе адлюстроўвацца, светлавая энергія, паглынутая батарэяй, памяншаецца, і выпрацоўка энергіі адпаведна памяншаецца.
Каб максімальна павялічыць эфектыўнасць выпрацоўкі энергіі фотаэлектрычнымі элементамі, многія сонечныя сістэмы абсталяваны прыладамі адсочвання сонца, якія аўтаматычна рэгулююць кут фотаэлектрычных элементаў у залежнасці ад становішча сонца, каб падтрымліваць аптымальны кут падзення. Гэтая тэхналогія эфектыўна павялічвае агульную выпрацоўку энергіі фотаэлектрычнымі элементамі.
3. Уплыў працягласці святла на выпрацоўку энергіі
Працягласць асвятлення таксама з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на выпрацоўку энергіі сонечнымі элементамі. Чым даўжэйшыя светлавыя гадзіны ў сутках, тым больш агульнай электрычнасці можа выпрацаваць сонечны элемент. Вось чаму ў высокіх шыротах сонечныя элементы выпрацоўваюць адносна менш электраэнергіі з-за кароткіх зімовых светлавых гадзін, у той час як у раёнах з доўгімі светлавымі гадзінамі колькасць электраэнергіі, якая выпрацоўваецца на працягу года, большая.
Акрамя таго, сезонныя змены таксама ўплываюць на колькасць гадзін асвятлення. Напрыклад, летам, калі дні даўжэйшыя, сонечныя батарэі здольныя выпрацоўваць электрычнасць на працягу больш доўгага перыяду часу; тады як зімой, калі дні карацейшыя, час і агульная колькасць выпрацоўваемай электраэнергіі натуральным чынам памяншаюцца.
4. Кліматычныя ўмовы і прадукцыйнасць фотаэлектрычных элементаў
Кліматычныя ўмовы таксама могуць аказваць значны ўплыў на энергію, якая выпрацоўваецца сонечнымі элементамі. У пахмурнае і імглістае надвор'е сонечныя прамяні блакуюцца аблокамі або ўзважанымі часціцамі, што прыводзіць да зніжэння колькасці светлавой энергіі, якая атрымліваецца фотаэлектрычным элементам, і выпрацоўваемая магутнасць значна зніжаецца. Акрамя таго, дождж і снег таксама могуць уплываць на паглынанне святла фотаэлектрычнымі панэлямі, зніжаючы прадукцыйнасць выпрацоўкі энергіі элементамі.
Цікава, што прадукцыйнасць фотаэлектрычных элементаў залежыць не толькі ад сілы сонечнага святла, часам занадта моцнае сонечнае святло можа быць не вельмі карысным. Напрыклад, эфектыўнасць выпрацоўкі энергіі сонечнымі элементамі мае тэндэнцыю да зніжэння ва ўмовах высокай тэмпературы, таму што павышэнне тэмпературы павялічвае супраціўленне ўнутры элемента, што прыводзіць да зніжэння выпрацоўкі энергіі. Вось чаму ў некаторых рэгіёнах людзі ахаладжаюць свае фотаэлектрычныя модулі, выкарыстоўваючы сістэмы астуджэння, каб павысіць эфектыўнасць выпрацоўкі энергіі.
5. Уплыў спектральнага складу
Сонечнае святло складаецца з фатонаў рознай даўжыні хваль, вядомых як спектр. Сонечныя элементы па-рознаму паглынаюць святло рознай даўжыні хваль, і змены ў спектральным складзе таксама могуць уплываць на магутнасць, якая выпрацоўваецца сонечнымі элементамі. У цэлым, фотаэлектрычныя элементы маюць найвышэйшую эфектыўнасць паглынання бачнага святла і адносна нізкае паглынанне ультрафіялетавага і інфрачырвонага святла. Такім чынам, прадукцыйнасць фотаэлектрычных элементаў для выпрацоўкі энергіі лепшая, калі ў спектры больш бачнага светлавога кампанента.
Калі неба пахмурнае, альбо ранняй раніцай і ўвечары, спектр сонечнага святла змяняецца, са змяншэннем бачнага кампанента і павелічэннем інфрачырвонага кампанента, і ў гэтым выпадку эфектыўнасць выпрацоўкі энергіі фотаэлектрычнага элемента таксама зніжаецца. Для паляпшэння спектральнай характарыстыкі фотаэлектрычных элементаў некаторыя даследаванні былі прысвечаны распрацоўцы матэрыялаў, здольных паглынаць больш шырокі дыяпазон сонечнага спектру, такіх як халькагеніды, якія прадэманстравалі лепшыя ўласцівасці паглынання святла ў лабараторных умовах.
6. Стандарт выпрабаванняў AM 1.5 G
Пры выпрабаванні фотаэлектрычных элементаў у якасці стандартнага спектральнага ўмовы звычайна выкарыстоўваецца AM 1,5 G. AM расшыфроўваецца як Air Mass (паветраная маса), а AM 1,5 азначае, што шлях сонечных прамянёў праз атмасферу ў паўтара раза даўжэйшы за прамы вертыкальны шлях сонца праз атмасферу. AM 1,5 G — гэта стандарт, шырока выкарыстоўваны ва ўсім свеце, які адлюстроўвае спектральны стан сонечных прамянёў, якія праходзяць праз атмасферу і на паверхні Зямлі ў ясны дзень, што адпавядае інтэнсіўнасці святла каля 1000 Вт/м². AM 1,5 G — гэта глабальна выкарыстоўваны стандарт, які адлюстроўвае спектральныя ўмовы, якія ствараюцца святлом, якое праходзіць праз атмасферу і трапляе на паверхню Зямлі ў ясны дзень, і адпавядае інтэнсіўнасці святла прыблізна 1000 Вт/м² і інтэнсіўнасці святла прыблізна 100 000 люкс.
Выкарыстанне AM 1.5 G гарантуе, што ўмовы выпрабаванняў у лабараторыі максімальна набліжаны да рэальных, каб дакладна ацаніць прадукцыйнасць сонечных элементаў у паўсядзённых умовах.
7. Стандарты і інтэнсіўнасць асвятлення ў памяшканні
Існуюць таксама нацыянальныя стандарты інтэнсіўнасці асвятлення ў памяшканнях. Напрыклад, згодна з адпаведнымі нацыянальнымі стандартамі Кітая (напрыклад, стандартам праектавання асвятлення будынкаў GB 50033-2013), патрабаванні да асвятлення ў памяшканнях рознага прызначэння адрозніваюцца. Як правіла, узровень асветленасці для звычайнага офіснага памяшкання павінен складаць каля 300-500 люкс, у той час як стандарт асветленасці для школьнага класа вышэйшы, звычайна перавышае 500 люкс.
Інтэнсіўнасць асвятлення ў памяшканні на квадратны метр пры пераліку на магутнасць звычайна складае ад 5 да 15 Вт/м² у залежнасці ад тыпу крыніцы святла і светлавой эфектыўнасці. Такая інтэнсіўнасць святла значна ніжэйшая за стандартную для вулічнага сонечнага святла, але дастатковая для штодзённай дзейнасці і асвятлення ў памяшканнях.
8. Фактары навакольнага асяроддзя, якія ўплываюць на ўмовы асвятлення
Акрамя вышэйзгаданых фактараў, зацяненне такімі забруджвальнымі рэчывамі, як пыл, птушыны памёт, лісце і г.д., таксама можа паўплываць на ўмовы асвятлення фотаэлектрычных элементаў, тым самым зніжаючы выпрацоўваемую магутнасць. Гэтыя перашкоды перашкаджаюць частцы сонечнага святла дасягаць паверхні фотаэлектрычнага элемента, утвараючы так званы «эфект гарачай кропкі», гэта значыць павышэнне тэмпературы заблакаванага элемента не толькі зніжае эфектыўнасць, але і можа прывесці да пашкоджання элемента.
Каб прадухіліць гэта, фотаэлектрычныя элементы неабходна рэгулярна чысціць, каб паверхня заставалася чыстай і максімальна паглынала святло. Для некаторых зон, размешчаных у месцах з вялікай колькасцю пяску і пылу або частай актыўнасцю птушак, больш эфектыўнымі рашэннямі з'яўляюцца ўстаноўка самаачышчальнага пакрыцця або сістэма ачысткі.
9. Рэзюмэ
Умовы асвятлення з'яўляюцца адным з ключавых фактараў, якія вызначаюць магутнасць, якая выпрацоўваецца сонечнымі элементамі. Інтэнсіўнасць святла, вугал падзення, працягласць асвятлення, кліматычныя ўмовы і спектральны склад аказваюць значны ўплыў на прадукцыйнасць выпрацоўкі энергіі фотаэлектрычнымі элементамі. Каб максымізаваць колькасць энергіі, якая выпрацоўваецца сонечнымі элементамі, нам неабходна ўлічваць гэтыя ўмовы асвятлення, а таксама адпаведна праектаваць і абслугоўваць фотаэлектрычную сістэму, напрыклад, усталёўваючы сонечны трэкер, рэгулярна чысцячы панэлі і падтрымліваючы належную рабочую тэмпературу.
Дзякуючы пастаяннай аптымізацыі канструкцыі і прымянення фотаэлектрычных элементаў, мы можам больш эфектыўна выкарыстоўваць сонечную энергію і рабіць пазітыўны ўнёсак у дасягненне ўсеагульнага доступу да чыстай энергіі і скарачэнне выкідаў вугляроду.
