С популяризирането на възобновяемата енергия, слънчевите клетки постепенно се превърнаха в един от най-важните източници на зелена енергия. Много хора обаче може да не са наясно, че ефективността на производството на енергия и производството на енергия от слънчевите клетки се влияят от различни фактори, най-важният от които са светлинните условия. И така, как светлинните условия влияят на енергията, генерирана от слънчевите клетки? Днес ще популяризираме тази тема.
1. интензитет на светлината и генериране на енергия
Интензитетът на светлината, просто казано, е лъчистата мощност на слънчевата светлина на единица площ. За слънчевите клетки, колкото по-висок е интензитетът на светлината, толкова повече енергия получава слънчевата клетка и толкова по-висока е нейната изходна мощност. Следователно, в слънчеви дни със силна слънчева светлина, мощността, генерирана от слънчевите клетки, обикновено е по-висока.
Капацитетът за генериране на енергия на фотоволтаична клетка обикновено се измерва при стандартни тестови условия при интензитет на светлината от 1000 W/m², което е стандартната стойност, използвана в лабораториите за симулиране на слънчева дневна светлина. Когато интензитетът на светлината се увеличи, фотоволтаичният ток в слънчевата клетка се увеличава, което от своя страна увеличава изходната мощност; обратно, ако интензитетът на светлината намалее, например в облачни дни или по време на залез слънце, генерираната от клетката мощност намалява значително.
Интензитетът на светлината варира през деня. Започвайки рано сутринта, слънцето постепенно изгрява, интензитетът на светлината също се увеличава постепенно; по обяд интензитетът на светлината достига най-високата си стойност; следобед, когато слънцето постепенно залязва на запад, интензитетът на светлината постепенно отслабва, докато залезът изчезне напълно. Тази промяна в интензитета на слънчевата светлина влияе пряко върху генерирането на енергия от слънчевите клетки за един ден.
2. Ъгъл на светлината и ефективност на генериране на енергия
Ъгълът на светлината също ще окаже голямо влияние върху производството на енергия от слънчевите клетки. Когато слънчевата светлина пада вертикално върху повърхността на слънчевата клетка, фотоволтаичната клетка може да абсорбира най-много светлинна енергия и по този начин да генерира най-висока мощност; а когато слънчевата светлина е наклонена, част от светлината ще се отрази, светлинната енергия, абсорбирана от батерията, ще намалее и съответно ще намалее производството на енергия.
За да се увеличи максимално ефективността на производството на енергия от клетките, много слънчеви системи са оборудвани с устройства за проследяване на слънцето, които автоматично регулират ъгъла на фотоволтаичните клетки според позицията на слънцето, за да поддържат оптималния ъгъл на падение. Тази технология е ефективна за увеличаване на общото производство на енергия от фотоволтаичните клетки.
3. Влиянието на продължителността на осветлението върху производството на енергия
Продължителността на светлината също е важен фактор, който влияе върху генерирането на енергия от слънчевите клетки. Колкото по-дълги са светлинните часове в един ден, толкова повече общо електричество може да генерира една слънчева клетка. Ето защо на високи географски ширини слънчевите клетки генерират относително по-малко електричество поради кратките зимни светлинни часове, докато в райони с дълги светлинни часове количеството генерирана електричество през цялата година е по-голямо.
В допълнение към това, сезонните промени също влияят на светлинните часове. Например, през лятото, когато дните са по-дълги, слънчевите клетки са способни да генерират електричество за по-дълъг период от време; докато през зимата, когато дните са по-къси, времето и общото количество генерирана електроенергия естествено ще намалеят.
4. Климатични условия и фотоволтаична производителност
Климатичните условия също могат да окажат значително влияние върху мощността, генерирана от слънчевите клетки. При облачно време и мъгла, слънчевите лъчи се блокират от облаци или суспендирани частици, което води до намаляване на количеството светлинна енергия, получавана от фотоволтаичната клетка, и генерираната мощност ще бъде значително намалена. Освен това, дъждът и снегът също могат да повлияят на абсорбцията на светлина от фотоволтаичните панели, намалявайки производителността на клетките при генериране на енергия.
Интересното е, че производителността на фотоволтаичните клетки не зависи само от силата на слънчевата светлина, понякога твърде силната слънчева светлина може да не е нещо добро. Например, ефективността на производството на енергия от слънчевите клетки има тенденция да намалява при условия на висока температура, защото повишената температура увеличава съпротивлението вътре в клетката, което води до по-ниско производство на енергия. Ето защо в някои райони хората поддържат фотоволтаичните си модули по-хладни, като използват охладителни системи, за да увеличат ефективността на производството на енергия.
5. Влияние на спектралния състав
Слънчевата светлина се състои от фотони с различни дължини на вълните, известни като спектър. Слънчевите клетки абсорбират различни дължини на вълните на светлината по различен начин, а вариациите в спектралния състав също могат да окажат влияние върху мощността, генерирана от слънчевите клетки. Като цяло, фотоволтаичните клетки имат най-висока ефективност на абсорбиране на видима светлина и относително ниска абсорбция на ултравиолетова и инфрачервена светлина. Следователно, производителността на фотоволтаичните клетки при генериране на енергия е по-добра, когато има повече видим светлинен компонент в спектъра.
Когато небето е облачно или рано сутрин и вечер, спектърът на слънчевата светлина се променя, с намаляване на видимия компонент и увеличаване на инфрачервения компонент, а ефективността на генериране на енергия от фотоволтаичната клетка също намалява в този случай. За да се подобри спектралният отговор на фотоволтаичните клетки, някои изследвания са посветени на разработването на материали, способни да абсорбират по-широк диапазон от слънчевия спектър, като например халкогениди, които са показали по-добри свойства на абсорбиране на светлина в лабораторни условия.
6. AM 1.5 G тестов стандарт
При тестването на фотоволтаични клетки е обичайно да се използва AM 1.5 G като стандартно спектрално условие. AM означава Въздушна Маса (Air Mass), а AM 1.5 означава, че пътят на слънчевите лъчи през атмосферата е един и половина пъти по-дълъг от директния вертикален път на слънцето през атмосферата. AM 1.5 G е стандарт, широко използван в световен мащаб, и представлява спектралното състояние на слънчевите лъчи, преминаващи през атмосферата и върху земната повърхност в ясен ден, което съответства на интензитет на светлината от около 1000 W/m². AM 1.5 G е световно използван стандарт, който представлява спектралните условия, създадени от светлината, преминаваща през атмосферата и върху земната повърхност в ясен ден, и съответства на интензитет на светлината от приблизително 1000 W/m² и интензитет на светлината от приблизително 100 000 Lux.
Използването на AM 1.5 G гарантира, че условията на тестване в лабораторията са възможно най-близки до реалните условия, за да се оцени точно работата на слънчевите клетки в ежедневна среда.
7. Стандарти и интензитет на вътрешната светлина
Съществуват и национални стандарти за интензитет на осветлението в помещенията. Например, според съответните национални стандарти на Китай (напр. Стандарт за проектиране на осветление в сгради GB 50033-2013), вътрешните пространства за различни цели имат различни изисквания за осветление. Най-общо казано, нивото на осветеност за обикновена офис среда трябва да бъде около 300-500 лукса, докато стандартът за осветеност за училищна класна стая е по-висок, обикновено над 500 лукса.
Интензитетът на светлината на закрито на квадратен метър, когато се преобразува в мощност, обикновено е между 5-15 W/m², в зависимост от действителния вид на светлинния източник и светлинната ефективност. Този интензитет на светлината е далеч под стандартния за слънчева светлина на открито, но е достатъчен за ежедневни дейности и осветление на закрито.
8. Фактори на околната среда, влияещи върху светлинните условия
В допълнение към гореспоменатите фактори, засенчването от замърсители като прах, птичи изпражнения, листа и др. също може да повлияе на светлинните условия на фотоволтаичните клетки, като по този начин намали генерираната енергия. Тези препятствия ще попречат на част от слънчевата светлина да достигне повърхността на фотоволтаичната клетка, образувайки така наречения „ефект на гореща точка“, т.е. температурата на блокираната клетка се повишава, което не само намалява ефективността, но и може да причини повреда на клетката.
За да се предотврати това, фотоволтаичните клетки трябва да се почистват редовно, за да се гарантира, че повърхността остава чиста и да се увеличи максимално поглъщането на светлина. За някои зони, разположени в райони с много пясък и прах или честа активност на птици, инсталирането на самопочистващо се покритие или създаването на почистваща система са по-ефективни решения.
9. Обобщение
Светлинните условия са едни от ключовите фактори, определящи мощността, генерирана от слънчевите клетки. Интензитетът на светлината, ъгълът на падане, продължителността на светлината, климатичните условия и спектралният състав оказват значително влияние върху производителността на фотоволтаичните клетки за производство на енергия. За да се увеличи максимално количеството енергия, генерирана от слънчевите клетки, трябва да вземем предвид тези светлинни условия и да проектираме и поддържаме фотоволтаичната система по подходящ начин, като например инсталиране на слънчев тракер, редовно почистване на панелите и поддържане на правилната работна температура.
Чрез непрекъснато оптимизиране на дизайна и приложението на фотоволтаичните клетки, можем да използваме слънчевата енергия по-ефективно и да допринесем положително за постигането на универсален достъп до чиста енергия и намаляването на въглеродните емисии.
