В научной литературе есть ряд работ посвященные анализу экспериментов по использованию различных светофильтров в составе фотоэлектрического модуля. Замечена зависимость от использования типа светофильтра на изменение производительности фотоэлектрического модуля. В этой связи интересна экспериментальная работа Ахмад Манасра, Али Аль Зайуд и Эман Абдельхафез (Ahmad Manasrah, Ali Al Zyoud & Eman Abdelhafez) Влияние цветных и нано плёночных фильтров на производительность солнечного фотоэлектрического модуля (Effect of color and nano film filters on the performance of solar photovoltaic module)
Кратко о проведённом исследовании.
Методика проведения эксперимента
В этом исследовании было проведено два эксперимента для изучения выходной мощности солнечной панели. Применялись плёнки с различными характеристиками светофильтров: цветные и термоизоляционные наноплёнки в качестве фильтров светового спектра. В первом эксперименте исследовано влияние трех теплоизолирующих наноплёнок с уровни блокировки видимого света 20%, 60% и 80%. Наноплёнки, используемые в данном исследовании, покрыты смесью керамических и углеродных частиц размером от 25 до 50 нм диаметром со степенью защиты 99% ИК- и УФ-излучения.
Во втором эксперименте использовались три цветовых фильтра: красный, зеленый и синий. Этот тип светофильтров изготовлен из тонкого прозрачного пластика с цветным покрытием и в основном используется в фотографиях.
Оба эксперимента проводились с использованием устройства Photovoltaic Performance Simulator (PVPS). Устройство оснащено 24 лампочками, что позволяет контролировать мощность светового потока передаваемого на панель. Также конструкция устройства позволяет регулировать расстояние от источника света и угол падения на панель. Между панелями разместили датчик светового потока, чтобы контролировать мощность на уровне 500 Вт / м 2 во время экспериментов. Обычно стандартные условия испытаний (STC) выдерживаются под 1000 Вт / м 2 . Однако в этой экспериментальной установке световой поток был уменьшен из-за чрезмерной температуры окружающей среды, создаваемая лампочками при 1000 Вт / м 2 . Оба эксперимента были проведены в темной комнате с контролируемой температурой окружающей среды 24 ° C.
В эксперименте использовались четыре солнечные панели размером 20 × 30 см с характеристиками, приведенными в таблице 1:
| Vmp (V) | Imp (A) | Vo.c (V) | Isc (A) | P (W) | F.F % | Ƞ % |
8,9 | 0,72 | 10,8 | 0,67 | 5 | 88,6 | 12,6 |
В первом эксперименте было изучено влияния теплоизоляционных наноплёнок на выходные характеристики и температуру панелей. Три нано-пленки (со степенью блокировки видимого света 20%, 60% и 80%) были установлены на листах прозрачного стекла толщиной 1 мм, которые имеют такие же размеры, как и солнечные батареи. Затем стеклянные листы с установленными наноплёнками были помещены на три панели солнечных батарей. Еще один лист прозрачного стекла без установленного фильтра был помещен поверх четвертой солнечной панели. Все четыре солнечные панели были подключены к регистратору данных для регистрации их напряжений холостого хода и тока короткого замыкания в цепи. Еще четыре термопары k-типа были прикреплены к задней части каждой солнечной панели и подключены к тому же регистратору данных для записи их температуры во время эксперимента. Четыре солнечные панели были размещены в PVPS на расстоянии 40 см от источников света так, чтобы свет попадал на панели под углом 90 градусов, рис.1. Эксперимент длился 60 мин. регистратор записывал данные каждые 5 мин.
Во втором эксперименте применялась та же процедура. Три цветных фильтра (красный, зеленый и синий) были размещены поверх трех солнечных панелей, только на этот раз стекло не использовалось. Четвертая панель осталась без фильтра. Все четыре панели были размещены в PVPS на одинаковом расстоянии и под одинаковым углом как и в первом эксперименте. Четыре термопары также были прикреплены к панелям и подключены к регистратору данных для записи температуры. Второй эксперимент длился 60 мин с 5-минутными данными. интервал записи.
Результаты экспериментов размещены в таблицах. Таблица 2 – первый эксперимент, таблица 3 – второй эксперимент.
Результаты показали, что фильтр красного цвета и фильтр Nano film со степенью блокировки 20% вырабатывает больше электроэнергии, чем другие фильтры, в то время как фильтр зеленого цвета и фильтр Nano Film со степенью блокировки 80% обеспечивает самые низкие температуры поверхности фотоэлектрических модулей. Эффективность солнечных панелей, как правило, можно улучшить с помощью фильтров красного цвета или наноплёнок с 20% скорость блокировки видимого света.
Нашей компанией, на основе выше описанного эксперимента, проведено внедрение в процесс производства фотоэлектрических модулей слоя светофильтра. Проводил внедрение Тулюлюк Р.В. В качестве светофильтра использовалась клеевая плёнка на основе поливинилбутераля белого цвета с коэффициентом прозрачности 40%. Экспериментальный модуль собирался по стандартной процедуре: стекло-клеевой слой 1- схема ФЭПов – клеевой слой 2 – диэлектрик, в эксперименте “клеевой слой 1” был заменён на клеевую плёнку на основе поливинилбутераля белого цвета. В результате получился модуль (рис.2) со слабым, визуальным проявлением ФЭПов.
Сравнительный замер со стандартным модулем рис.3
Испытание проводилось на установке “Стенд испытания фотоэлектрических модулей” с интенсивностью светового потока 800Вт/м2 , полученные результаты внесены в таблицу 4:
| Образец | Температура, Со | напряжение холостого хода , В | ток короткого замыкания, А |
| рис.3 без светофильтра | 32 | 2,5 | 8,2 |
| рис.2 с белым светофильтром | 32 | 2,4 | 5,3 |
Натурные испытания опытного образца проводили 6 января 2021 года. Погода для проведение замеров была хорошая – ясно.
Результаты внесены в таблицу 5:
| Образец | Время | Напряж. холостого хода, В | Ток корот. замыкан., А | Свет. поток, лк | Темпер. окруж. среды,oC | Темпер. модуля,oC |
| рис.3 без светофильтра | 12:50 | 2,4 | 6,53 | 13 | 24 | |
| рис.2 с белым светофильтром | 12:50 | 2,36 | 3,52 | 13 | 24 | |
| рис.3 без светофильтра | 13:05 | 2,24 | 6,52 | 70000 | 13 | 45 |
| рис.2 с белым светофильтром | 13:05 | 2,26 | 3,57 | 70000 | 13 | 33 |
| рис.3 без светофильтра | 13:20 | 2,25 | 6,6 | 75000 | 14 | 40 |
| рис.2 с белым светофильтром | 13:20 | 2,25 | 3,67 | 75000 | 14 | 33 |
| рис.3 без светофильтра | 13:50 | 2,26 | 5,82 | 62000 | 14 | 41 |
| рис.2 с белым светофильтром | 13:50 | 2,26 | 3,13 | 62000 | 14 | 33 |
| рис.3 без светофильтра | 14:11 | 2,37 | 5,43 | 56000 | 13 | 31 |
| рис.2 с белым светофильтром | 14:11 | 2,37 | 3,018 | 56000 | 13 | 26 |