Odată cu popularizarea energiei regenerabile, celulele solare au devenit treptat una dintre cele mai importante surse de energie verde. Cu toate acestea, mulți oameni s-ar putea să nu fie conștienți de faptul că eficiența generării de energie și generarea de energie a celulelor solare sunt afectate de o varietate de factori, dintre care cel mai important este condițiile de lumină. Așadar, cum afectează condițiile de lumină energia generată de celulele solare? Astăzi, vom populariza acest subiect.
1. intensitatea luminii și generarea de energie
Intensitatea luminii, pe scurt, este puterea radiantă a luminii solare pe unitatea de suprafață. În cazul celulelor solare, cu cât intensitatea luminii este mai mare, cu atât celula solară primește mai multă energie, cu atât puterea sa de ieșire este mai mare. Prin urmare, în zilele însorite cu lumină solară puternică, puterea generată de celulele solare este de obicei mai mare.
Capacitatea de generare a energiei unei celule fotovoltaice este de obicei măsurată în condiții standard de testare la o intensitate luminoasă de 1000 W/m², aceasta fiind valoarea standard utilizată în laboratoare pentru a simula lumina unei zile însorite. Când intensitatea luminii crește, curentul fotovoltaic din celula solară crește, ceea ce la rândul său crește puterea de ieșire; invers, dacă intensitatea luminii scade, de exemplu în zilele înnorate sau în timpul orelor de apus, puterea generată de celulă scade semnificativ.
Intensitatea luminii variază pe parcursul zilei. Începând de dimineața devreme, soarele răsare treptat, intensitatea luminii crește și ea treptat; la prânz, intensitatea luminii atinge valoarea sa maximă; după-amiaza, pe măsură ce soarele apune treptat spre vest, intensitatea luminii slăbește treptat până când apusul dispare complet. Această modificare a intensității luminii solare afectează direct generarea de energie a celulelor solare într-o zi.
2. Unghiul de lumină și eficiența generării de energie
Unghiul luminii va avea, de asemenea, un impact mare asupra generării de energie a celulelor solare. Atunci când lumina soarelui incide vertical pe suprafața celulei solare, celula fotovoltaică poate absorbi cea mai mare parte a energiei luminoase și, prin urmare, cea mai mare generare de energie; iar atunci când lumina soarelui este oblică, o parte din lumină va fi reflectată, energia luminoasă absorbită de baterie este redusă, iar generarea de energie este redusă în mod corespunzător.
Pentru a maximiza eficiența generării de energie a celulelor, multe sisteme solare sunt echipate cu dispozitive de urmărire a soarelui care ajustează automat unghiul celulelor fotovoltaice în funcție de poziția soarelui pentru a menține unghiul optim de incidență. Această tehnologie s-a dovedit eficientă în creșterea generării totale de energie a celulelor fotovoltaice.
3. Impactul duratei luminii asupra generării de energie
Durata luminii este, de asemenea, un factor important care afectează generarea de energie a celulelor solare. Cu cât sunt mai lungi orele de lumină dintr-o zi, cu atât o celulă solară poate genera mai multă energie electrică totală. Acesta este motivul pentru care, la latitudini mari, celulele solare generează relativ mai puțină energie electrică din cauza orelor scurte de lumină de iarnă, în timp ce în zonele cu ore lungi de lumină, cantitatea de energie electrică generată pe tot parcursul anului este mai mare.
Pe lângă acestea, schimbările sezoniere afectează și orele de lumină. De exemplu, vara, când zilele sunt mai lungi, celulele solare pot genera electricitate pentru o perioadă mai lungă de timp; în timp ce iarna, când zilele sunt mai scurte, timpul și cantitatea totală de electricitate generată vor scădea în mod natural.
4. Condiții climatice și performanță fotovoltaică
Condițiile climatice pot avea, de asemenea, un impact semnificativ asupra energiei generate de celulele solare. În condiții de cer înnorat și cețos, razele soarelui sunt blocate de nori sau particule în suspensie, ceea ce duce la o reducere a cantității de energie luminoasă primită de celula fotovoltaică, iar energia generată va fi redusă semnificativ. În plus, ploaia și zăpada pot afecta, de asemenea, absorbția luminii de către panourile fotovoltaice, reducând performanța de generare a energiei de către celule.
Interesant este că performanța celulelor fotovoltaice nu depinde doar de intensitatea luminii solare, uneori o lumină solară prea puternică poate fi nefavorabilă. De exemplu, eficiența generării de energie a celulelor solare tinde să scadă în condiții de temperatură ridicată, deoarece creșterea temperaturii crește rezistența din interiorul celulei, ceea ce duce la o generare mai scăzută de energie. Acesta este motivul pentru care, în unele zone, oamenii își mențin modulele fotovoltaice mai reci folosind sisteme de răcire pentru a crește eficiența generării de energie.
5. Efectul compoziției spectrale
Lumina solară este formată din fotoni de diferite lungimi de undă, cunoscuți sub numele de spectru. Celulele solare absorb diferite lungimi de undă ale luminii în mod diferit, iar variațiile compoziției spectrale pot avea, de asemenea, un impact asupra energiei generate de celulele solare. În general, celulele fotovoltaice au cea mai mare eficiență de absorbție pentru lumina vizibilă și o absorbție relativ scăzută pentru lumina ultravioletă și infraroșie. Prin urmare, performanța de generare a energiei celulelor fotovoltaice este mai bună atunci când există o componentă de lumină vizibilă mai mare în spectru.
Când cerul este înnorat sau dimineața devreme și seara, spectrul luminii solare se modifică, cu o scădere a componentei vizibile și o creștere a componentei infraroșii, iar eficiența de generare a energiei de către celulele fotovoltaice scade și în acest caz. Pentru a îmbunătăți răspunsul spectral al celulelor fotovoltaice, unele cercetări au fost dedicate dezvoltării de materiale capabile să absoarbă o gamă mai largă din spectrul solar, cum ar fi calcogenurile, care au demonstrat proprietăți mai bune de absorbție a luminii în condiții de laborator.
6. Standardul de testare AM 1,5 G
În testarea celulelor fotovoltaice, este obișnuit să se utilizeze AM 1.5 G ca și condiție spectrală standard. AM reprezintă Masa de Aer, iar AM 1.5 înseamnă că traiectoria razelor solare prin atmosferă este de o dată și jumătate mai lungă decât traiectoria verticală directă a soarelui prin atmosferă. AM 1.5 G este un standard utilizat pe scară largă la nivel mondial și reprezintă condiția spectrală a razelor solare care trec prin atmosferă și pe suprafața Pământului într-o zi senină, ceea ce corespunde unei intensități luminoase de aproximativ 1000 W/m². AM 1.5 G este un standard utilizat la nivel global care reprezintă condițiile spectrale produse de lumina care trece prin atmosferă și pe suprafața Pământului într-o zi senină și corespunde unei intensități luminoase de aproximativ 1000 W/m² și unei intensități luminoase de aproximativ 100.000 Lux.
Utilizarea AM 1.5 G asigură că condițiile de testare din laborator sunt cât mai apropiate de condițiile reale, pentru a evalua cu precizie performanța celulelor solare în mediile de zi cu zi.
7. Standarde și intensitate a luminii interioare
Există, de asemenea, standarde naționale pentru intensitatea luminii interioare. De exemplu, conform standardelor naționale relevante din China (de exemplu, Standardul de proiectare a iluminatului clădirilor GB 50033-2013), spațiile interioare destinate diferitelor scopuri au cerințe diferite privind iluminarea. În general, nivelul de iluminare pentru un mediu de birou obișnuit ar trebui să fie în jur de 300-500 Lux, în timp ce standardul de iluminare pentru o sală de clasă este mai mare, de obicei peste 500 Lux.
În ceea ce privește intensitatea luminii interioare pe metru pătrat, atunci când este convertită în putere, aceasta este de obicei între 5-15 W/m², în funcție de tipul real al sursei de lumină și de eficiența luminii. Această intensitate luminoasă este mult sub standardul pentru lumina soarelui exterioară, dar este suficientă pentru activitățile zilnice și iluminatul interior.
8. Factorii de mediu care afectează condițiile de lumină
Pe lângă factorii menționați mai sus, umbrirea cauzată de poluanți precum praful, excrementele de păsări, frunzele etc. poate afecta, de asemenea, condițiile de lumină ale celulelor fotovoltaice, reducând astfel energia generată. Aceste obstrucții vor împiedica o parte din lumina soarelui să ajungă la suprafața celulei fotovoltaice, formând așa-numitul „efect de punct fierbinte”, adică creșterea temperaturii celulei blocate, nu numai că reduce eficiența, dar poate provoca și deteriorarea celulei.
Pentru a preveni acest lucru, celulele fotovoltaice trebuie curățate în mod regulat pentru a asigura curățenia suprafeței și pentru a maximiza absorbția luminii. Pentru unele zone situate în zone cu mult nisip și praf sau cu activitate frecventă a păsărilor, instalarea unui strat autocurățător sau configurarea unui sistem de curățare sunt ambele soluții mai eficiente.
9. Rezumat
Condițiile de lumină sunt unul dintre factorii cheie în determinarea energiei generate de celulele solare. Intensitatea luminii, unghiul de incidență, durata luminii, condițiile climatice și compoziția spectrală au toate un impact semnificativ asupra performanței de generare a energiei de către celulele fotovoltaice. Pentru a maximiza cantitatea de energie generată de celulele solare, trebuie să luăm în considerare aceste condiții de iluminare și să proiectăm și să întreținem sistemul fotovoltaic în mod corespunzător, cum ar fi instalarea unui tracker solar, curățarea regulată a panourilor și menținerea temperaturii de funcționare adecvate.
Prin optimizarea continuă a proiectării și aplicării celulelor fotovoltaice, putem utiliza mai eficient energia solară și putem contribui pozitiv la atingerea accesului universal la energie curată și la reducerea emisiilor de carbon.
