Зі зростанням популяризації відновлюваної енергії сонячні елементи поступово стали одним із найважливіших джерел зеленої енергії. Однак багато людей можуть не знати, що на ефективність виробництва енергії та виробництво енергії сонячними елементами впливає низка факторів, найважливішим з яких є умови освітлення. Отже, як умови освітлення впливають на енергію, що виробляється сонячними елементами? Сьогодні ми популяризуємо цю тему.
1. інтенсивність світла та вироблення енергії
Інтенсивність світла, просто кажучи, – це промениста сила сонячного світла на одиницю площі. Для сонячних елементів, чим вища інтенсивність світла, тим більше енергії отримує сонячний елемент, тим вища його вихідна потужність. Тому в сонячні дні з сильним сонячним світлом потужність, що виробляється сонячними елементами, зазвичай вища.
Потужність фотоелектричного елемента зазвичай вимірюється за стандартних умов випробувань при інтенсивності світла 1000 Вт/м², що є стандартним значенням, що використовується в лабораторіях для імітації сонячного денного світла. Коли інтенсивність світла збільшується, фотоелектричний струм у сонячному елементі збільшується, що, у свою чергу, збільшує вихідну потужність; навпаки, якщо інтенсивність світла зменшується, наприклад, у хмарні дні або під час заходу сонця, потужність, що виробляється елементом, значно зменшується.
Інтенсивність світла змінюється протягом дня. Починаючи з раннього ранку, сонце поступово сходить, інтенсивність світла також поступово зростає; опівдні інтенсивність світла досягає свого найвищого значення; вдень, коли сонце поступово заходить на заході, інтенсивність світла поступово слабшає, поки захід сонця повністю не зникне. Ця зміна інтенсивності сонячного світла безпосередньо впливає на вироблення енергії сонячними елементами протягом дня.
2. Кут світла та ефективність вироблення енергії
Кут світла також матиме великий вплив на вироблення енергії сонячними елементами. Коли сонячне світло падає вертикально на поверхню сонячного елемента, фотоелектричний елемент може поглинати найбільше світлової енергії та, таким чином, генерувати найбільшу потужність; а коли сонячне світло падає похило, частина світла відбивається, світлова енергія, поглинається акумулятором, зменшується, і відповідно зменшується вироблення енергії.
Щоб максимізувати ефективність вироблення енергії фотоелектричними елементами, багато сонячних систем оснащені пристроями відстеження сонця, які автоматично регулюють кут фотоелектричних елементів відповідно до положення сонця, щоб підтримувати оптимальний кут падіння. Ця технологія ефективно збільшує загальну вироблену потужність фотоелектричними елементами.
3. Вплив тривалості світла на вироблення енергії
Тривалість світла також є важливим фактором, що впливає на вироблення енергії сонячними елементами. Чим довші світлові години протягом доби, тим більше загальної електроенергії може виробляти сонячний елемент. Ось чому у високих широтах сонячні елементи виробляють відносно менше електроенергії через короткі зимові світлові години, тоді як у районах з довгими світловими годинами кількість електроенергії, що виробляється протягом року, вища.
Крім того, сезонні зміни також впливають на світловий день. Наприклад, влітку, коли дні довші, сонячні елементи здатні виробляти електроенергію протягом тривалішого періоду часу; тоді як взимку, коли дні коротші, час та загальна кількість виробленої електроенергії природно зменшуються.
4. Кліматичні умови та фотоелектрична продуктивність
Кліматичні умови також можуть суттєво впливати на потужність, що виробляється сонячними елементами. За хмарної та туманної погоди сонячні промені блокуються хмарами або зваженими частинками, що призводить до зменшення кількості світлової енергії, що отримується фотоелектричним елементом, і вироблена потужність значно зменшується. Крім того, дощ і сніг також можуть впливати на поглинання світла фотоелектричними панелями, знижуючи продуктивність вироблення енергії елементами.
Цікаво, що продуктивність фотоелектричних елементів залежить не лише від сили сонячного світла, іноді занадто сильне сонячне світло може бути не найкращим явищем. Наприклад, ефективність вироблення енергії сонячними елементами має тенденцію знижуватися за умов високої температури, оскільки підвищена температура збільшує опір всередині елемента, що призводить до зниження вироблення енергії. Ось чому в деяких регіонах люди охолоджують свої фотоелектричні модулі, використовуючи системи охолодження для підвищення ефективності вироблення енергії.
5. Вплив спектрального складу
Сонячне світло складається з фотонів різної довжини хвиль, відомих як спектр. Сонячні елементи по-різному поглинають світло різних довжин хвиль, а варіації спектрального складу також можуть впливати на потужність, що виробляється сонячними елементами. Загалом, фотоелектричні елементи мають найвищу ефективність поглинання видимого світла та відносно низьку поглинання ультрафіолетового та інфрачервоного світла. Тому продуктивність фотоелектричних елементів у виробництві енергії краща, коли в спектрі більше компонента видимого світла.
Коли небо хмарне, або рано вранці та ввечері, спектр сонячного світла змінюється, зі зменшенням видимої складової та збільшенням інфрачервоної складової, і в цьому випадку ефективність вироблення енергії фотоелектричним елементом також знижується. Для покращення спектральної характеристики фотоелектричних елементів деякі дослідження були присвячені розробці матеріалів, здатних поглинати ширший діапазон сонячного спектру, таких як халькогеніди, які продемонстрували кращі світлопоглинальні властивості в лабораторних умовах.
6. Стандарт випробувань AM 1.5 G
Під час випробування фотоелектричних елементів зазвичай використовують AM 1,5 G як стандартний спектральний стан. AM розшифровується як Air Mass (повітряна маса), а AM 1,5 означає, що шлях сонячних променів через атмосферу в півтора рази довший за прямий вертикальний шлях сонця через атмосферу. AM 1,5 G – це стандарт, що широко використовується в усьому світі та представляє спектральний стан сонячних променів, що проходять через атмосферу та на поверхню Землі в ясний день, що відповідає інтенсивності світла близько 1000 Вт/м². AM 1,5 G – це глобально використовуваний стандарт, який представляє спектральні умови, що створюються світлом, що проходить через атмосферу та на поверхню Землі в ясний день, і відповідає інтенсивності світла приблизно 1000 Вт/м² та інтенсивності світла приблизно 100 000 люкс.
Використання AM 1.5 G гарантує, що умови випробувань у лабораторії максимально наближені до фактичних умов, щоб точно оцінити продуктивність сонячних елементів у повсякденних умовах.
7. Стандарти та інтенсивність освітлення в приміщенні
Існують також національні стандарти щодо інтенсивності освітлення всередині приміщень. Наприклад, згідно з відповідними національними стандартами Китаю (наприклад, Стандарт проектування освітлення будівель GB 50033-2013), внутрішні приміщення різного призначення мають різні вимоги до освітлення. Загалом, рівень освітленості для звичайного офісного середовища повинен становити близько 300-500 люкс, тоді як стандарт освітленості для шкільного класу вищий, зазвичай понад 500 люкс.
Інтенсивність освітлення в приміщенні на квадратний метр, перерахована в потужність, зазвичай становить від 5 до 15 Вт/м², залежно від фактичного типу джерела світла та світлової ефективності. Така інтенсивність світла значно нижча за стандартну для зовнішнього сонячного світла, але достатня для щоденної діяльності та освітлення в приміщенні.
8. Фактори навколишнього середовища, що впливають на умови освітлення
Окрім вищезазначених факторів, затінення забруднювачами, такими як пил, пташиний послід, листя тощо, також може впливати на світловий режим фотоелектричних елементів, тим самим зменшуючи вироблену потужність. Ці перешкоди перешкоджатимуть потраплянню частини сонячного світла на поверхню фотоелектричного елемента, утворюючи так званий «ефект гарячої точки», тобто підвищення температури заблокованого елемента не тільки знижує ефективність, але й може призвести до пошкодження елемента.
Щоб запобігти цьому, фотоелектричні елементи необхідно регулярно очищувати, щоб забезпечити чистоту поверхні та максимізувати поглинання світла. Для деяких ділянок, розташованих у місцях з великою кількістю піску та пилу або частою активністю птахів, більш ефективними рішеннями є встановлення самоочисного покриття або створення системи очищення.
9. Підсумок
Умови освітлення є одним з ключових факторів, що визначають потужність, що виробляється сонячними елементами. Інтенсивність світла, кут падіння, тривалість світла, кліматичні умови та спектральний склад – все це суттєво впливає на продуктивність фотоелектричних елементів. Щоб максимізувати кількість енергії, що виробляється сонячними елементами, нам потрібно враховувати ці умови освітлення, а також відповідно проектувати та обслуговувати фотоелектричну систему, наприклад, встановлюючи сонячний трекер, регулярно очищуючи панелі та підтримуючи належну робочу температуру.
Постійно оптимізуючи конструкцію та застосування фотоелектричних елементів, ми можемо ефективніше використовувати сонячну енергію та позитивно сприяти досягненню загального доступу до чистої енергії та зменшенню викидів вуглецю.
