Трекер

        Для покращення роботи сонячних фотоелектричних модулів наша компанія провела цілий ряд досліджень, прийшовши до висновку, що на ефективність роботи сонячних фотоелектричних елементів впливають наступні фактори:

1. Технічна продуктивність сонячних батарей

       Світові виробники даного типу продукту налагодили виробництво батарей різного типу , а саме : 

а) оргполімерні фотоелементи, які мають ККД  5-7 %;

б) кадмієві фотоелементи , мають ККД – 11% ;

в) фотоелементи, які складаються з сумішей солі галію, міді, індію та селену та мають ККД 15%; 

г) полікристалічні фотоелементи мають ККД  13-17 %; 

д) в монокристалічних показник ККД дорівнює  18-22 %.

       Існують розробки в яких рівень ККД більше 26% , фотоелектричні елементи постійно вдосконалюються. Також одним із  факторів недосконалості сонячних елементів є те , що при високих температурах фотоелектричні модулі втрачають свою продуктивність та розраховані на роботу при температурі 25 градусів за Цельсієм. З підняттям температури на 1 градус втрачають свою продуктивність на 0,41%. Наприклад фотоелектричний модуль потужністю 100 Вт влітку при температурі 35 градусів за Цельсієм дасть продуктивність 90 Вт і навпаки — взимку при температурі -20 градусів продуктивність модуля 100 Вт складатиме 110 Вт. Але останні типи фотоелектричних елементів, які присутні на ринку, здатні працювати при температурах від -40 до + 80 градусів за Цельсієм. С кожним днем фотоелектричні модулі стають більш досконалими.

2. Густина світлового потоку та географічне розташування модулів

         Наша планета отримує енергії від Сонця – це 99,8 % (все інше це геотермальна енергія Землі). Дякуючи Сонцю на планеті Земля існує життя.

        У безхмарий сонячний день , в полудень за місцевим часом, поверхня землі отримує від 700 до 1300 Вт/кв. м (в залежності від місця розташування, або від широти та довготи). Ця величина називається інтенсивністю сонячного випромінювання або густиною світлового потоку.

         Слід зазначити , що інтенсивність сонячного випромінювання, що проходить крізь атмосферу землі зменшується на 67 Вт/кв.м, тому, що сонячне випромінювання поглинається молекулами води (водяний пар) H2O, вуглекислого газу CO2, метану CH4 та різних видів забруднення, тому атмосфера землі нагрівається та додатково нагріває земну кору. Це вкрай шкідливе явище зветься парниковим ефектом.

            Розглянемо мапу України, розроблену європейськими дослідниками та виробниками фотоелектричних модулів. На мапі зображено глобальне сонячне випромінювання та потенціал сонячної енергетики оптимально нахилених фотоелектричних модулів. Де враховано довготу і широту розташування фотоелектричних елементів, ступінь забруднення атмосфери та довжину світлового дня. Під мапою зображено графік річної сумарної інтенсивності сонячного випромінювання за рік (кВт год./кв. м рік).  

          Як видно на графіку сумарна інтенсивність сонячного випромінювання (за рік) для  перетворюючого приладу , який встановлено безпосередньо на землі (права колонка шкали) та при розташуванні фотоелектричного модуля з оптимальним кутом нахилу (ліва колонка шкали). Наприклад у м. Вінниця поверхня землі протягом року отримує 1060 кВт енергії на 1 кв. м. А якщо генеруючий прилад розташовано з оптимальним кутом нахилу отримає протягом року 1420 кВт енергії на 1 кв. м.

             3Оптимальні кути нахилу «приймаючої поверхні»

        Як видно з вищевикладеного, є дві основні умови які впливають на ефективність роботи фотоелектричних модулів, існує й третя найважливіша складова , яка найбільше впливає на ефективність фотоелектричного елементу. Це кути нахилу робочої поверхні приладу до сонця. Найбільшу кількість сонячної енергії отримають робочі поверхні розташовані на двох-координатних сонячних трекерах. Наприклад 1 квадратний метр робочої поверхні розташованої на трекері для м. Вінниця отримає протягом року 3120 кВт сонячної енергії, це у 2,19 рази більше ніж отримає 1 кв. м поверхні, розташованої стаціонарно під оптимальним кутом нахилу до сонця.

20 червня 2019 року, нами було проведено експеримент. У м. Вінниця було розташовано сонячний концентратор власного виробництва «SV-eko -4» з піковою потужністю для м. Вінниці  4.2 кВт (фото 1).

                                                 Фото 1                                                                                                        Фото 2

            В цей день сонце сходить о 5-00, заходить 0 21-14, тривалість сонячного дня 16 годин 14 хвилин. Експеримент розпочато о 5 годині. Теплову енергію отримував тепловий акумулятор ємністю 350 літрів (фото 2). Експеримент продовжувався до 8-ї години ранку після чого небо вкрилось хмарами. О 8-30 пішов дощ. Протягом 3-х годин температуру у тепловому акумуляторі вдалось підняти на 19 градусів за Цельсієм або отримати теплової енергії 6 кВт 650 Вт (підняття температури на 1 градус дорівнює 350 Вт). Хочеться зазначити, що ми не тільки спроектували велику параболу концентратора, теплоприймач та малу параболу. Невід’ємною складовою сонячного концентратора є трекер. Який в свою чергу складається з плати керування та механічної частини. Ми проектували трекер таким чином, що він витримує навантаження з запасом міцності до 10 разів , всі підшипники, поворотні та під’ємні механізми, які застосовуються у виробництві трекера мають європейський сертифікат відповідності. Проектуючи сонячний концентратор, ми створили сонячний трекер високої якості та надійності, який має демократичну ціну навіть для українського споживача. Наш трекер з великим успіхом може використовуватись на СЕС для приватних домогосподарств та промислових об’єктів. Сонячні панелі працюють найефективніше, коли їх поверхня перпендикулярна сонячним променям, тому кут нахилу до горизонту (обрію) є одним з визначальних параметрів налагодження сонячної електростанції. Іншим фактором, що впливає на величину генерації електроенергії є азимут – кут між напрямком на Сонце і напрямком на південь. Відслідковування цих параметрів наразі не є складною інженерною задачею, але її реалізація потребує додаткового обладнання та великих фінансових витрат. Тому, здебільшого сонячні панелі  встановлюють на дахах будинків або на спеціальних фермах.

       Дякуючи проведеному експерименту, ми змоделювали ситуацію , дивіться малюнок нижче .

       За одну годину Земля обертається навколо сонця на кут 15 градусів. Всього 20 червня «сонячний» день триває 16 годин 14 хвилин, що дорівнює азимутальному куту у 243 градуси. Приймемо, що робоча поверхня генеруючого приладу встановлена стаціонарно з оптимальним кутом нахилу до сонця.  

          Як видно на малюнку, з п’ятої до сьомої години та з дев’ятнадцятої по двадцять першої годину 14 хвилин стаціонарно встановлений прилад не буде працювати так як сонячне випромінювання не попадає на генеруючу (робочу) поверхню. Та лише після сьомої години почне генерувати енергію .

         Як показав експеримент, сонячний концентратор піковою потужністю 4,2 кВт з 5-00 до 8-00  згенерував 6 кВт 650 Вт, в той час як стаціонарно встановлений прилад згенерував би за цей час всього 600 Вт . Зрозуміло що сонячний концентратор генерує теплову енергію, фотоелектричний елемент генерує електричну енергію, але фізика процесу однакова, різниця в тому, що у сонячному модулі працює світловий фотон, а в сонячному концентраторі теплова хвиля короткого діапазону.

        Фактори, що впливають на роботу сонячного модуля і концентратора однакові це  – кути нахилу робочої поверхні до сонця та густина сонячного потоку.

       Наприкінці публікації ми можемо з впевненістю заявити, що СЕС встановлена на двох координатному трекері згенерує протягом року в два рази електроенергії більше ніж аналогічна СЕС встановлена стаціонарно з оптимальним кутом нахилу.

@ Всі права захищені