Повысьте производительность фотоэлектрических солнечных панелей самостоятельно.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21236 (2022) Цитировать эту статью

2793 Доступа

10 Альтметрика

Подробности о метриках

На фотоэлектрические (PV) солнечные панели негативно влияет накопление пыли. Разница в плотности пыли от точки к точке повышает риск образования горячих точек. Поэтому для уменьшения накопления пыли на поверхности фотопанелей было использовано подготовленное нанопокрытие PDMS/SiO2. Однако на эффективность этих покрытий большое влияние оказывают географические и климатические факторы. Для одновременного проведения сопоставимых экспериментальных испытаний были установлены три идентичных фотоэлектрических модуля. Первый модуль покрыт приготовленным нанопокрытием PDMS/SiO2, второй — коммерческим нанопокрытием, а третий модуль не имеет покрытия и служит эталоном. Приготовленное нанопокрытие было гидрофобным и обладало эффектом самоочищения. Коэффициенты заполнения для эталонной панели (RP), панели с коммерческим нанопокрытием (CNP) и панели с готовым нанопокрытием (PNP) составляли 0,68, 0,69 и 0,7 соответственно. После 40 дней пребывания на открытом воздухе плотность пыли на поверхности панелей РП и ПНП составила 10 и 4,39 г/м2 соответственно. Таким образом, эффективность панели с нанопокрытием оказалась выше, чем у эталонной панели на 30,7%.

Солнечное излучение можно разделить на три основных диапазона волн: Ультрафиолетовое (УФ) излучение с длиной волны ниже 400 нм (фотоны с энергией более 3,1 эВ). Видимое (VIS) излучение с длиной волны от 400 до 760 нм (энергия фотонов от 1,6 до 3,1 эВ). Инфракрасное (ИК) излучение с длиной волны более 760 нм (энергия фотонов ниже 1,6 эВ). Ближний инфракрасный диапазон (NIR) составляет до 4 м1. В Египте высокая солнечная радиация: годовая глобальная радиация превышает 2000 кВтч/м22. Оптимальная ориентация системы преобразования солнечной энергии — по направлению к экватору, что дает ориентацию на юг в северном полушарии (угол азимута = 0); и ориентация на север в южном полушарии (азимутальный угол = 180). На оптимальный угол наклона влияют широта места и день года3. В Египте оптимальный угол наклона фотоэлектрических модулей и коллекторов для максимизации улавливания солнечной энергии составляет βopt = φ ± 15°4. Солнечная технология в настоящее время является третьим наиболее широко используемым источником возобновляемой энергии в мире после гидроэнергетики и энергии ветра. Кроме того, электроэнергия, получаемая из ископаемого топлива, приводит к выбросам CO2 в размере от 400 г до 1000 г CO2/кВтч, в то время как выбросы CO2 от солнечных панелей на основе кремния незначительны5. Параметры, предоставляемые производителями фотоэлектрических модулей, измеряются в стандартных условиях испытаний (STC). Однако такие обстоятельства в этой сфере нередки. Экспериментальное измерение ВАХ имеет большое значение, поскольку может служить доказательством качества и производительности каждой фотоэлектрической системы. Ток короткого замыкания (Isc) и напряжение холостого хода (Voc) являются ключевыми свойствами кривых IV и PV. Для каждой точки ВАХ произведение тока и напряжения представляет собой выходную мощность в этом рабочем состоянии. Коэффициент заполнения (FF) определяется как соотношение произведения Pm и Isc Voc, которое определяет прямоугольность кривой6. Самый простой способ измерить и построить ВАХ — использовать резистивную нагрузку. Он состоит из комбинации мощных резисторов с несколькими значениями сопротивления, постепенно переключающихся от малого значения сопротивления к высокому в течение коротких периодов времени. Каждое значение резистора считается рабочей точкой на ВАХ7. Потери излучения из-за накопления пыли снижают выходную мощность фотоэлектрических станций. Переменное накопление пыли в любой точке фотоэлектрической поверхности приводит к различному распределению солнечного света, попадающего в фотоэлектрическую батарею, что увеличивает вероятность возникновения горячей точки, которая повредит фотоэлектрические панели8. Более высокая плотность пыли снижает ток короткого замыкания фотоэлектрических модулей, напряжение холостого хода и выходную мощность. Пыль плотностью 10 г/м2 может снизить максимальную фотоэлектрическую мощность примерно на 34%9. Регулярная очистка фотоэлектрических модулей необходима для поддержания их работоспособности. Доступно несколько методов очистки фотоэлектрических модулей, которые можно разделить на ручную, автоматическую или самоочистку. Основная проблема ручной уборки – большой расход воды и электроэнергии. Автоматизированный процесс также требует энергии, а первоначальные затраты очень высоки. Поэтому методы самоочистки, такие как гидрофобные покрытия, являются хорошим вариантом ухода за фотоэлектрическими модулями. Процесс нанесения покрытия не требует электричества и не повреждает панели при чистке. Этот процесс более надежен и дешевле10. Хорошо известно, что использование нанонаполнителей, таких как нанокремнезем, диоксид титана, оксид цинка и т. д., может создавать гидрофобные покрытия для крупномасштабного промышленного применения. По определению, гидрофобные нанопокрытия содержат по крайней мере один наноразмерный компонент, который играет центральную роль в свойствах покрытия или морфологии наноразмерного гидрофобного покрытия11. Использование коммерческого гидрофобного наноматериала покрытия SiO2 улучшило общие характеристики солнечных фотоэлектрических модулей. Выходная мощность, которая указывает на общую эффективность фотоэлектрической системы, была увеличена на 15% по сравнению с пыльными модулями и на 5% по сравнению с модулями без покрытия, которые очищались вручную каждый день. Общая эффективность солнечных фотоэлектрических модулей была увеличена за счет их способности удалять пыль без использования какого-либо источника энергии12. Для одновременного проведения сопоставимых экспериментальных испытаний были установлены два фотоэлектрических модуля. Первый модуль покрыт наночастицами SiO2, а второй не имеет покрытия и служит контролем. Микроткань использовалась для покрытия очищенного стекла приготовленным раствором наночастиц. Угол контакта составляет примерно 106,02°. По определению Венцеля-Бакстера этот угол считается гидрофобным. Средний электрический КПД модуля с покрытием составляет примерно 13,79%, а модуля без покрытия — примерно 13,29%. Было обнаружено и сделано заключение, что панели с покрытием генерируют на 13% больше выходной мощности, даже если поверхность не очищается регулярно13.