Трехмерный дизайн увеличивает эффективность солнечных панелей

Ученые всего мира стремятся снизить стоимость фотоэлектрических преобразователей и повысить их эффективность. Их усилия в основном сосредоточены на поиске новых материалов. Однако до сих пор мало кто уделял внимания размещению и компоновке солнечных панелей, традиционно устанавливаемых на плоских горизонтальных поверхностях, крышах, иногда на моторизованных поворотных устройствах, отслеживающих положение Солнца на небосводе.

Группа ученых Массачусетского технологического института (МТИ) взглянула на проблему с совершенно иной позиции. Исследователи заинтересовались влиянием формы панелей на их производительность и выяснили, что трехмерные структуры из плоских панелей, такие как кубы и башни обладают более высокой эффективностью.

Удивительно, но панели одних и тех же размеров, собранные в организованные трехмерные структуры вырабатывают энергии от 2 до 20 (и более!) раз больше, чем при традиционном плоском размещении.

Как известно, отдача солнечных панелей ниже в пасмурные дни, в местах удаленных от экватора и зимой. Наибольшая разница в эффективности 3D структурированных и плоских фотоэлектрических панелей наблюдалась именно в этих случаях.

Данные исследований, полученные в ходе компьютерного моделирования и опытного тестирования были опубликованы в журнале «Энергетика и экология» (Energy and Environmental Science).

Вначале команда исследователей МТИ использовала компьютерные алгоритмы для изучения разнообразных вариантов возможных конфигураций. Была разработана компьютерная программа, с помощью которой можно моделировать поведение любой структурной в зависимости от широты места размещения, погоды и времени года. Полученные данные были проверены практически. На крыше МТИ ученые построили и испытали в течение нескольких недель три разных 3D структуры организации солнечных батарей.

3D структурированные вертикальные фотоэлектрические панели в результате обходятся дороже, чем плоские, соответственно дороже обходится и выработанная ими электроэнергия. Однако частично этот недостаток компенсируется большим количеством произведенной электроэнергии, более равномерной мощностью в течение дня, в зависимости от времени года или погодных условий. Структурированные солнечные панели более предсказуемы в плане вырабатываемой мощности, что облегчает их интеграцию в существующие электросети.

Более высокая стоимость энергии со временем будет снижаться, приближаясь к стоимости энергии полученной от обычных плоских панелей. Это проявится при дальнейшем общем снижении стоимости фотоэлектрического оборудования.

Еще десять лет назад цена панелей превалировала в общей стоимости гелиоустановок. Но уже сейчас в США до 65% стоимости солнечного электричества определяется не ценой панелей, а сопутствующими факторами, такими как стоимость монтажа, аренды, земли, проектирования и т.п. Дальнейшее снижение цен на фотоэлектрические панели приведет к  еще большему уменьшению их доли в стоимости произведенной энергии, что сделает применение вертикальных 3D структурированных панелей менее затратным.

Джеффри Гроссман (Jeffrey Grossman), профессор МТИ, руководивший исследованиями, оценил значимость труда своей команды следующими словами: «Я думаю, что эта концепция могла бы стать важной частью будущего солнечных батарей».

Комментарии: