Повышение мощности солнечных батарей путём использование светофильтров

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
Таблица 1

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.

рис.1.

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.

рис.2

Сравнительный замер со стандартным модулем рис.3

рис.3

Испытание проводилось на установке “Стенд испытания фотоэлектрических модулей” с интенсивностью светового потока 800Вт/м2 , полученные результаты внесены в таблицу 4:

ОбразецТемпература, Со напряжение холостого хода , Вток короткого замыкания, А
рис.3 без светофильтра322,58,2
рис.2 с белым светофильтром322,45,3
Таблица 4

Натурные испытания опытного образца проводили 6 января 2021 года. Погода для проведение замеров была хорошая – ясно.

Результаты внесены в таблицу 5:

ОбразецВремяНапряж. холостого хода, ВТок корот. замыкан., АСвет. поток, лкТемпер. окруж. среды,oCТемпер. модуля,oC
рис.3 без светофильтра12:502,46,531324
рис.2 с белым светофильтром12:502,363,521324
рис.3 без светофильтра13:052,246,52700001345
рис.2 с белым светофильтром13:052,263,57700001333
рис.3 без светофильтра13:202,256,6750001440
рис.2 с белым светофильтром13:202,253,67750001433
рис.3 без светофильтра13:502,265,82620001441
рис.2 с белым светофильтром13:502,263,13620001433
рис.3 без светофильтра14:112,375,43560001331
рис.2 с белым светофильтром14:112,373,018560001326