Czy lusterka mogą zwiększyć moc paneli słonecznych i pomóc w pokonywaniu taryf Trumpa?

Anonim

Spadające koszty energii słonecznej doprowadziły do ​​gwałtownego wzrostu wykorzystania energii słonecznej w budynkach mieszkalnych, komercyjnych i użytkowych w ciągu ostatniej dekady. Ulepszony koszt energii słonecznej za pomocą importowanych paneli słonecznych - czyli koszt energii słonecznej mierzony przez cały okres użytkowania paneli - spadł tak bardzo, że jest niższy niż energia elektryczna ze źródeł konkurencyjnych, takich jak węgiel w większości Ameryki.

Jednak 22 października władze Trumpa ogłosiły 30-procentową taryfę na import paneli fotowoltaicznych do Stanów Zjednoczonych. Oczekuje się, że decyzja ta spowolni zarówno wdrożenie farm słonecznych na dużą skalę w Stanach Zjednoczonych, jak i tempo wzrostu amerykańskiego rynku energii słonecznej (co jest 12 razy szybszy niż reszta gospodarki). Taryfa zwiększa koszt paneli słonecznych o około 10 do 15 centów za wat. To może zmniejszyć instalacje solarne na skalę przemysłową, które wynoszą poniżej 1 USD za wat, o około 11 procent.

Taryfy mogą skłonić Chiny i inne kraje do odwołania się od Światowej Organizacji Handlu. Ale czy innowacje w zakresie energii słonecznej mogą rekompensować taryfy na panelach?

W swoich badaniach odkryłem, że jedna technologia słoneczna - wcześniej w dużej mierze ignorowana z powodu tanich fotowoltaiki lub paneli PV - mogłaby powrócić: skromne lustro lub wzmacniacz wspomagający, jak to jest znane w literaturze technicznej.

Przechwytywanie utraconej energii

Większość wysiłków inżynieryjnych mających na celu obniżenie kosztów energii słonecznej ma na celu zwiększenie wydajności ogniw słonecznych PV, co zwiększa liczbę watów wytwarzanych przez dany panel w standardowych warunkach testowych. Zwykle jest to dobre, ale korzyść zmniejsza się w przypadku dużych taryf, które podnoszą cenę paneli słonecznych.

Pracując z zespołem w Kanadzie, moja grupa wykazała, że ​​używanie lusterek do świecenia większej ilości słońca na panelach może znacznie zwiększyć ich wydajność. Reflektory są umieszczone naprzeciwko paneli słonecznych, aby wysłać więcej światła w kierunku modułów przed nimi. Światło, które je uderza, odbija się w kierunku paneli słonecznych, aby wytworzyć więcej energii.

W artykule opublikowanym w Journal of Photovoltaics, pokazaliśmy poprzez symulacje, że maksymalny wzrost o 30 procent jest możliwy do uzyskania dla zoptymalizowanego systemu.

Skoncentrowaliśmy nasze badania na systemie, a nie na poszczególnych panelach, głównie dlatego, że obecna konfiguracja naziemnych paneli słonecznych marnuje przestrzeń i traci cenne nasłonecznienie. Charakterystyczne płaskie panele słoneczne zainstalowane w dużych farmach słonecznych na dużą skalę są rozstawione, aby zapobiec cieniowaniu następnego rzędu paneli.

Gdy słońce świeci na typowej farmie słonecznej, wysyłając energię elektryczną do sieci, sporo energii słonecznej zostaje utracone, gdy światło uderza w ziemię między rzędami paneli. Wcześniejsze wysiłki próbowały uprawiać uprawy w tym obszarze między panelami, obiecującą praktyką zwaną agriwoltiką. Odbłyśniki wychwytują część utraconej energii ze słońca.

Używanie CGI do symulacji słonecznych

Takie reflektory wspomagające, znane również jako lustra lub płaskie koncentratory, nie są powszechnie stosowane ze względu na obawy dotyczące gwarancji. Zwykle panele słoneczne są objęte gwarancją przez 20 do 30 lat w ściśle określonych okolicznościach opartych na przyspieszonych testach przeprowadzanych przez producentów.

Jednakże, gdy więcej światła słonecznego umieszcza się na panelu z odbłyśnikiem, występują większe wahania temperatury i nierównomierne oświetlenie. Starsze proste symulacje optyczne błędnie przewidywały efekt, który przerażał producentów o awariach modułów. Tak więc, z powodu niepewności co do potencjalnych gorących punktów, używanie reflektorów często obecnie unieważnia gwarancje dla operatorów farm słonecznych.

Znaleźliśmy sposób dokładnego przewidywania wpływu reflektorów na panele przy użyciu dwukierunkowej funkcji reflektancji lub BDRF, symulacji. To zdanie jest pełne, ale jak na ironię większość z nas jest przyzwyczajona do tego, że używa go cały czas. BDRF jest regularnie wykorzystywany w filmach i grach wideo do tworzenia bardziej żywych obrazów komputerowych (CGI) i scen.

Działa to dla naszych celów, ponieważ równania BDRF opisują, jak światło odbija się od nieregularnych powierzchni i prognozuje, w jaki sposób światło będzie się rozpraszało, tworząc pośrednie rozjaśnienie i cienie. Właśnie tego potrzebowaliśmy, by właściwie przewidzieć wpływ niedoskonałych lusterek zamontowanych przed panelami słonecznymi.

Stworzyliśmy model BDRF, aby przewidzieć, ile światła słonecznego odbije się od reflektora i gdzie będzie świecić na tablicy. Prawdziwe powierzchnie niekoniecznie zachowują się jak idealne lustra, które doskonale odbijają światło, nawet jeśli wyglądają tak, dlatego zastosowaliśmy modele BDRF do tych materiałów, które zamiast tego rozpraszają światło.

Dobrą wiadomością, stwierdziliśmy, jest to, że zachowanie "gorących punktów" było znacznie mniejsze niż przewidywały proste modele optyczne. Pokazując, w jaki sposób odbłyśniki rozpraszają światło w funkcji długości fali, zaczęliśmy podejmować ryzyko z wykorzystaniem reflektorów z panelami słonecznymi, a także pokazujemy, w jaki sposób odbłyśniki znacznie zwiększają wydajność układu słonecznego.

Co najważniejsze, przetestowaliśmy model na zewnątrz w prawdziwej tablicy. Przeprowadziliśmy eksperyment na kanadyjskim polu testowym Open Solar Outdoors w Kingston w Ontario.

Wyniki były intrygujące. Najpierw przetestowaliśmy odbłyśniki z panelami, które nie były zatytułowane pod optymalnym kątem, aby uchwycić energię słoneczną dla tego miejsca. Przy takim rozmieszczeniu i standardowych panelach wzrost generowanej energii słonecznej osiągnął 45 procent. Nawet przy optymalnie przechylonym panelu wydajność wzrosła o 18 procent, a symulacje pokazują, że można go przesunąć do 30 procent dzięki lepszym odbłyśnikom.

Reflektory nie są obecnie szeroko stosowane przez deweloperów projektów solarnych, po części dlatego, że ceny paneli słonecznych spadły tak bardzo. Zwykle taniej i łatwiej jest dodawać więcej paneli do instalacji niż zwiększać moc paneli, odbijając na nich więcej światła.

Ale teraz, dzięki tym taryfom, przemysł słoneczny może ponownie przyjrzeć się reflektorom. Duży wzrost produkcji energii na poziomie systemu przy użyciu luster może znacznie zmienić sposób instalacji paneli słonecznych w farmach słonecznych, w tym czasie sztucznie zawyżonych cen paneli pochodzących spoza USA

menu
menu