Koreańczycy znaleźli sposób na problem zacienienia paneli fotowoltaicznych

W swoich badaniach koreańscy naukowcy dowiedli, że modyfikacje w budowie modułu fotowoltaicznego na poziomie pojedynczych ogniw oraz w sposobie ich połączeń mogą pomóc w ochronie przed niekorzystnym wpływem zacienienia na uzyski energii.

Popularność fotowoltaiki cały czas wykazuje trend wzrostowy i szacuje się, że w przyszłości właśnie to źródło energii może odgrywać kluczową rolę w miksie energetycznym. Coraz częstsze wykorzystanie PV na terenach miejskich wiąże się jednak poważnym ograniczeniem zaburzającym efektywną pracę paneli. Mowa o zacienieniu wywołanym często przez gęstą zabudowę mieszkalną i biurową, która generuje wieloobszarowe, przemieszczające się obszary zacienień. To zaburza pracę systemów fotowoltaicznych, zarówno tych konwencjonalnych, jak i zintegrowanych z budynkami (Building-Integrated Photovoltaics, BIPV), a w przyszłości także z samochodami (Vehicle-Integrated Photovoltaic, VIPV).

Modyfikacje na poziomie ogniwa szansą na wyższą wydajność

Grupa badaczy z Koreańskiego Instytutu Badań nad Elektrotechnologią wybudowała moduł fotowoltaiczny na bazie ogniw o małej powierzchni (ang. small-area–high-voltage, SAHiV) o zmodyfikowanych kształtach i połączeniach między poszczególnymi fragmentami.

REKLAMA

Co ważne, opracowane przez Koreańczyków pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne składało się z mniejszych elementów prostokątnych lub trójkątnych, ale w całym rozmiarze odpowiadało konwencjonalnej płytce, która stanowiła próbę referencyjną w badaniach. Oprócz próby referencyjnej (modułu opartego na konwencjonalnych ogniwach), modułów SAHiV (opartych na ogniwach trójkątnych i prostokątnych), grupa naukowców analizowała również pracę modułów bazujących na ogniwach wykonanych w technologii shingled (potocznie nazywanej technologią gontową).

Przygotowanie prób modułu wykorzystującego ogniwa SAHiV polegało na pocięciu konwencjonalnego ogniwa o wymiarach 60 x 60 mm na 12 mniejszych fragmentów. W przypadku konfiguracji prostokątnej uzyskano 12 mniejszych ogniw o wymiarach 15 x 20 mm, a w przypadku konfiguracji trójkątnej – 12 mniejszych ogniw o wymiarach 30 x 20 mm (dla przyprostokątnych).

Następnie 12 miniogniw połączono szeregowo, tworząc jedną podgrupę i uzyskując pseudowysokonapięciowe niskoprądowe ogniwo (ang. pseudo-high-voltage low-current) o wymiarach ogniwa konwencjonalnego. Następnie te sekcje zostały ze sobą połączone równolegle, tworząc moduły o wymiarach 240 x 180 mm (powierzchnia aktywna 432 cm2). Moduły SAHiV składały się z 144 minikomórek trójkątnych/prostokątnych.

Analizowany moduł fotowoltaiczny z ogniwami w technologii shingled składał się z czterech podgrup – w każdej było 12 szeregowo połączonych miniogniw o wymiarach jednostkowych 15 x 60 mm. Następnie podgrupy połączono równolegle. Próba referencyjna składała się z modułu zawierającego 12 szeregowo połączonych ogniw.

REKLAMA

Pozytywne wyniki testów

Badacze przeprowadzili serie testów przy użyciu oprogramowania LTspice z symulacją Monte Carlo, testując 13 różnych scenariuszy, w których pojawił się m.in. motyw ciągłego cieniowania (wielkoobszarowego) oraz motyw cieniowania dyskretnego (na małej powierzchni, uwzględniający np. elementy zsuwające się). Wyniki uzyskane dla modułów z ogniwami SAHiV zostały porównane z wynikami dla modułu konwencjonalnego oraz shingled.
.

Rezultaty pokazały między innymi, że zarówno moduły trójkątne, jak i prostokątne SAHiV okazały się mniej wrażliwe na zacienienie częściowe w przypadku większości scenariuszy. Naukowcy stwierdzili, że moduł z ogniwami SAHiV doskonale nadaje się do zastosowań miejskich z nieprzewidywalnymi cieniami i ograniczoną powierzchnią. W tych warunkach moduł SAHiV ma potencjał na wydajność 1,5–3 razy większą w porównaniu do modułów konwencjonalnych, maksymalizując produkcję energii elektrycznej.

Wyniki swoich dotychczasowych testów badacze z Korei Południowej przedstawili w pracy naukowej pt.: „Small area high voltage photovoltaic module for high tolerance to partial shading” opublikowanej w „iScience”. Badania w tym zakresie będą przez grupę koreańskich naukowców kontynuowane.