Līdz ar atjaunojamās enerģijas popularizēšanu saules baterijas pakāpeniski ir kļuvušas par vienu no svarīgākajiem zaļās enerģijas avotiem. Tomēr daudzi cilvēki, iespējams, nezina, ka saules bateriju enerģijas ražošanas efektivitāti un enerģijas ražošanu ietekmē dažādi faktori, no kuriem vissvarīgākais ir apgaismojuma apstākļi. Tātad, kā apgaismojuma apstākļi ietekmē saules bateriju saražoto enerģiju? Šodien mēs popularizēsim šo tēmu.
1. gaismas intensitāte un enerģijas ģenerēšana
Gaismas intensitāte, vienkārši sakot, ir saules gaismas starojuma jauda uz laukuma vienību. Saules baterijām, jo augstāka ir gaismas intensitāte, jo vairāk enerģijas saņem saules baterija, jo lielāka ir tās izejas jauda. Tāpēc saulainās dienās ar spēcīgu saules gaismu saules bateriju ģenerētā jauda parasti ir lielāka.
Fotoelektriskās baterijas jaudas ģenerēšanas jaudu parasti mēra standarta testa apstākļos ar gaismas intensitāti 1000 W/m², kas ir standarta vērtība, ko laboratorijās izmanto, lai simulētu saulainu dienasgaismu. Palielinoties gaismas intensitātei, palielinās fotoelektriskā strāva saules baterijā, kas savukārt palielina izejas jaudu; un otrādi, ja gaismas intensitāte samazinās, piemēram, mākoņainās dienās vai saulrieta stundās, baterijas ģenerētā jauda ievērojami samazinās.
Gaismas intensitāte dienas laikā mainās. Sākot ar agru rītu, saulei pakāpeniski lecot, gaismas intensitāte arī pakāpeniski palielinās; pusdienlaikā gaismas intensitāte sasniedz maksimālo vērtību; pēcpusdienā, saulei pakāpeniski rietot rietumos, gaismas intensitāte pakāpeniski samazinās, līdz saulriets pilnībā pazūd. Šīs saules gaismas intensitātes izmaiņas tieši ietekmē saules bateriju enerģijas ražošanu dienā.
2. Gaismas leņķis un enerģijas ražošanas efektivitāte
Arī gaismas leņķim būs liela ietekme uz saules bateriju enerģijas ražošanu. Kad saules gaisma vertikāli krīt uz saules baterijas virsmas, fotoelektriskā šūna var absorbēt visvairāk gaismas enerģijas un tādējādi radīt vislielāko enerģijas ražošanu; un, kad saules gaisma ir slīpa, daļa gaismas tiks atstarota, akumulatora absorbētā gaismas enerģija samazināsies, un attiecīgi samazināsies arī enerģijas ražošana.
Lai maksimāli palielinātu elementu enerģijas ražošanas efektivitāti, daudzas saules sistēmas ir aprīkotas ar saules izsekošanas ierīcēm, kas automātiski pielāgo PV elementu leņķi atbilstoši saules pozīcijai, lai saglabātu optimālu krišanas leņķi. Šī tehnoloģija ir bijusi efektīva, palielinot PV elementu kopējo enerģijas ražošanu.
3. Apgaismojuma ilguma ietekme uz enerģijas ražošanu
Apgaismojuma ilgums ir arī svarīgs faktors, kas ietekmē saules bateriju enerģijas ražošanu. Jo ilgākas ir gaismas stundas dienā, jo vairāk kopējās elektroenerģijas saules baterija var saražot. Tāpēc augstos platuma grādos saules baterijas saražo relatīvi mazāk elektroenerģijas īso ziemas gaismas stundu dēļ, savukārt apgabalos ar garām gaismas stundām gada laikā saražotās elektroenerģijas daudzums ir lielāks.
Papildus tam, gaismas stundas ietekmē arī sezonālās izmaiņas. Piemēram, vasarā, kad dienas ir garākas, saules baterijas spēj ražot elektroenerģiju ilgāku laiku; savukārt ziemā, kad dienas ir īsākas, laiks un kopējais saražotās elektroenerģijas daudzums dabiski samazināsies.
4. Klimatiskie apstākļi un fotoelektriskā veiktspēja
Arī klimatiskie apstākļi var būtiski ietekmēt saules bateriju saražoto enerģiju. Mākoņainā un dūmakainā laikā saules starus bloķē mākoņi vai suspendētās daļiņas, kā rezultātā samazinās PV baterijas saņemtās gaismas enerģijas daudzums, un saražotā jauda ievērojami samazināsies. Turklāt lietus un sniegs var ietekmēt arī PV paneļu gaismas absorbciju, samazinot bateriju enerģijas ražošanas veiktspēju.
Interesanti, ka PV elementu veiktspēja nav atkarīga tikai no saules gaismas stipruma, dažreiz pārāk spēcīga saules gaisma var nebūt laba lieta. Piemēram, saules elementu enerģijas ražošanas efektivitāte mēdz samazināties augstas temperatūras apstākļos, jo paaugstināta temperatūra palielina pretestību elementa iekšpusē, kas noved pie zemākas enerģijas ražošanas. Tāpēc dažos apgabalos cilvēki uztur savus PV moduļus vēsākus, izmantojot dzesēšanas sistēmas, lai palielinātu to enerģijas ražošanas efektivitāti.
5. Spektrālā sastāva ietekme
Saules gaisma sastāv no dažāda viļņa garuma fotoniem, kas pazīstami kā spektrs. Saules baterijas atšķirīgi absorbē dažādus gaismas viļņu garumus, un spektrālā sastāva variācijas var ietekmēt arī saules bateriju ģenerēto jaudu. Kopumā PV baterijām ir visaugstākā absorbcijas efektivitāte redzamajā gaismā un relatīvi zema ultravioletā un infrasarkanā starojuma absorbcija. Tāpēc PV bateriju enerģijas ražošanas veiktspēja ir labāka, ja spektrā ir vairāk redzamās gaismas komponentes.
Kad debesis ir mākoņainas vai agrā rītā un vakarā, mainās saules gaismas spektrs, samazinoties redzamajai komponentei un palielinoties infrasarkanajai komponentei, un arī šajā gadījumā samazinās PV šūnas elektroenerģijas ražošanas efektivitāte. Lai uzlabotu fotoelektrisko elementu spektrālo reakciju, daži pētījumi ir veltīti tādu materiālu izstrādei, kas spēj absorbēt plašāku Saules spektra diapazonu, piemēram, halkogēnīdiem, kas laboratorijas apstākļos ir uzrādījuši labākas gaismas absorbēšanas īpašības.
6. AM 1,5 G testa standarts
Fotoelektrisko elementu testēšanā kā standarta spektrālo nosacījumu parasti izmanto AM 1,5 G. AM apzīmē gaisa masu (Air Mass), un AM 1,5 nozīmē, ka saules staru ceļš caur atmosfēru ir pusotru reizi garāks nekā saules tiešais vertikālais ceļš caur atmosfēru. AM 1,5 G ir visā pasaulē plaši izmantots standarts, kas atspoguļo saules staru spektrālo stāvokli, kas skaidrā dienā iet caur atmosfēru un uz Zemes virsmas, un kas atbilst aptuveni 1000 W/m² gaismas intensitātei. AM 1,5 G ir globāli izmantots standarts, kas atspoguļo spektrālos apstākļus, ko rada gaisma, kas skaidrā dienā iet caur atmosfēru un uz Zemes virsmas, un atbilst aptuveni 1000 W/m² gaismas intensitātei un aptuveni 100 000 luksu gaismas intensitātei.
AM 1.5 G izmantošana nodrošina, ka testa apstākļi laboratorijā ir pēc iespējas tuvāki faktiskajiem apstākļiem, lai precīzi novērtētu saules bateriju veiktspēju ikdienas vidē.
7. Iekštelpu apgaismojuma standarti un intensitāte
Pastāv arī nacionālie standarti iekštelpu apgaismojuma intensitātei. Piemēram, saskaņā ar attiecīgajiem Ķīnas nacionālajiem standartiem (piemēram, Ēku apgaismojuma projektēšanas standarts GB 50033-2013) dažādiem mērķiem paredzētām iekštelpām ir atšķirīgas apgaismojuma prasības. Vispārīgi runājot, apgaismojuma līmenim parastajā biroja vidē jābūt aptuveni 300–500 luksiem, savukārt apgaismojuma standarts skolas klasē ir augstāks, parasti virs 500 luksiem.
Iekštelpu gaismas intensitāte uz kvadrātmetru, pārvēršot jaudā, parasti ir no 5 līdz 15 W/m² atkarībā no faktiskā gaismas avota veida un gaismas efektivitātes. Šī gaismas intensitāte ir krietni zemāka par āra saules gaismas standartu, taču tā ir pietiekama ikdienas aktivitātēm un apgaismojumam telpās.
8. Apgaismojuma apstākļus ietekmējošie vides faktori
Papildus iepriekšminētajiem faktoriem, ēnojums, ko rada tādi piesārņotāji kā putekļi, putnu izkārnījumi, lapas utt., var ietekmēt arī fotoelektrisko elementu apgaismojuma apstākļus, tādējādi samazinot saražoto jaudu. Šie šķēršļi neļaus daļai saules gaismas sasniegt fotoelektriskā elementa virsmu, veidojoties tā sauktajam "karstā punkta efektam", tas ir, bloķētā elementa temperatūra paaugstinās, ne tikai samazinot efektivitāti, bet arī var sabojāt elementu.
Lai to novērstu, PV elementi ir regulāri jātīra, lai nodrošinātu virsmas tīrību un maksimāli palielinātu gaismas absorbciju. Dažās vietās, kas atrodas vietās ar daudz smilšu un putekļu vai biežu putnu aktivitāti, efektīvāki risinājumi ir pašattīroša pārklājuma uzstādīšana vai tīrīšanas sistēmas izveide.
9. Kopsavilkums
Apgaismojuma apstākļi ir viens no galvenajiem faktoriem, kas nosaka saules bateriju saražoto jaudu. Gaismas intensitāte, krišanas leņķis, gaismas ilgums, klimatiskie apstākļi un spektrālais sastāvs būtiski ietekmē PV bateriju enerģijas ražošanas veiktspēju. Lai maksimāli palielinātu saules bateriju saražotās enerģijas daudzumu, mums ir jāņem vērā šie apgaismojuma apstākļi un atbilstoši jāprojektē un jāuztur PV sistēma, piemēram, jāuzstāda saules izsekotājs, regulāri jātīra paneļi un jāuztur atbilstoša darba temperatūra.
Nepārtraukti optimizējot PV elementu dizainu un pielietojumu, mēs varam efektīvāk izmantot saules enerģiju un pozitīvi ietekmēt vispārēju piekļuvi tīrai enerģijai un samazināt oglekļa emisijas.
