Не секрет, что в последние годы во всем мире резко возрос спрос на источники энергии и их ресурсы. Основные причины этого кроются, в первую очередь, в росте населения, а во-вторых, в постепенном истощении запасов источников энергии. В этой статье рассматриваются методы повышения эффективности солнечных фотобатарей. Для вычисления оптимальных значений параметров данных батарей, исследована эффективность двух фотоэлектрических станций одинаковой мощности, при чем поверхность одной из станций покрыта частицами пыли, а второй не покрыта.
Ключевые слова: фотоэлектрическая батарея, напряжения холостого хода, ток короткого замыкания, мощность, электрическая энергия.
Введение. Глобальное развитие фотоэнергетики связано в первую очередь с широкомасштабными программами по поддержке обновляемых источников энергии в высокоразвитых странах Европы, а также в США, Японии, Южной Корее, Испании и в Китае.
До недавнего времени не наблюдалось фундаментальных препятствий развитию энергетики как отрасли, так как рост производства энергии производился за счет добычи полезных ископаемых удобных для потребления, таких как природный газ, нефть, уголь.
Солнечная фотоэнергетика считается самым эффективным видом возобновляемых источников энергии [1–2]. Среди основных задач солнечной фотоэнергетики можно отметить эффективную конвертацию солнечной оптической радиационной энергии в электрическую, а также обеспечение потребителей непрерывной электроэнергией нужного напряжения. Исходя из этого, в данной статье приводятся результаты экспериментального исследования методом сравнительного анализа двух фотоэлектрических станций одинаковой мощности, в котором поверхность одной из станций покрыта частицами пыли, а второй станции-не покрыта.
В настоящее время во всем мире уделяется особое внимание видам и качеству материалов, из которых производятся фотоэлектрические батареи [3–4]. Причиной тому является стремление использовать данные фотобатареи эффективно и на протяжении как можно более длительного времени. Это требует правильного размещения фотоэлектрических батарей, а также учета их экономической эффективности в различных погодно-климатических условиях.
В результате экспериментов исследователи выяснили, что фотоэлектрическая станция, поверхность которой покрыта не была частицами пыли, произвела больше мощности, чем станция, поверхность которой была покрыта пылью.
Основная часть. Висследовании использовались две фотоэлектрические станции мощностью 2 кВт, общей мощностью в 4 кВт. Поверхности фотоэлектрических батарей обеих станций покрыты защитным слоем монокристального кремния. Станция насчитывает 8 фотоэлектрических батарей, каждая из которых состоит из 144 солнечных элементов. В условиях AM 1,5, мощность каждой из батарей составляет 540 Вт, притом мощность каждого солнечного элемента составляет 3.75 Вт.
Экспериментально-испытательные работы. Экспериментально-испытательные работы были произведены 4 мая 2023 года в г. Термезе (широта 37 о 13ʹ), при температурных условиях в +37 о C. Измерения проводились между 09:30 и 15:30 с интервалом в 15 минут в режиме трекера. Общий вид фотоэлектрических станций изображен на фотографии ниже.
а) б)
Рис. 1. а) фотоэлектрическая станция, поверхность которой не покрыта частицами пыли; б) фотоэлектрическая станция, поверхность которой покрыта частицами пыли
Обе фотоэлектрические станции, поверхность которой была не покрыта частицами пыли, и другая, покрытая пылью—были расположены под одинаковым углом в 37 0 повернутыми в сторону юга с учетом вычислений местности. С результатами эксперимента можно ознакомиться на графике ниже.
Рис. 2. Взаимосвязь электрических параметров фотоэлектрических станций со временем дня
Как видно на рис. 2 выше, экспериментом были измерены ток короткого замыкания и напряжения холостого хода, обеих фотоэлектрических станций и, основываясь на этих величинах, была вычислена мощность каждой из станций.
В обычном режиме и с учетом интенсивности световой радиации можно было наблюдать рост тока короткого замыкания фотоэлектрических станций до точки зенита, и спад после точки зенита. С ростом температуры наблюдался спад напряжения холостого хода обеих фотоэлектрических станций до точки зенита, а после-рост этой величины. Также можно было наблюдать, что напряжения холостого хода фотоэлектрической станции с незапыленной поверхностью возросло больше, чем напряжения холостого хода станции с запыленной поверхностью. Этим можно объяснить значительный рост ток короткого замыкания незапыленной станции по сравнению с ток короткого замыкания запыленной станции. Основываясь на полученных результатах, были вычислены мощности каждой из фотоэлектрических станций, которые были внесены в следующий график.
Рис. 3. Взаимосвязь электрических мощностей фотоэлектрических станций со временем дня
Вывод. Как видно на рис. 3, из двух фотоэлектрических станций с одинаковой мощностью, станция с запыленной поверхностью продемонстрировала меньшую мощность, чем та, поверхность которой не была покрыта пылью. По результатам этого эксперимента можно заключить, что фотоэлектрическая станция с не запыленной поверхностью дает больше энергии чем станция, поверхность которой покрыта пылью.
Также выяснилось, что наличие частиц пыли на поверхности фотобатарей в условиях жаркого климата заметно препятствует абсорбции оптической радиации солнца.
Литература:
1. R. A. Muminov, M. N. Tursunov, X. Sabirov, U. B. Abdiev, B. A. Yuldoshov, Sh. N. Abilfayziev. Study of the Parameters of a Photo of a Thermal Battery with a cell Polycarbonate Collector. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. Том. 6. Номер.12. Стр. 12018–12023.
2. R. A. Muminov, M. N. Tursunov, X. Sabirov, U. B. Abdiev, B. A. Yuldoshov, Sh. N. Abilfayziev. Исследование влияния температуры на параметры фототепловых батарей в южных регионах республики. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). Номер 25–27. Страницы 40–47.
3. С. М. Рывкин «Фотоэлектрические явления в полупроводниках». М: Наука, 1963. — 494 с.
4. Абдиев У. Б. Солнечные элементы на основе кремния и арсенида галлия. Монография. ISBN-978–9943–14–440–8. –Ташкент: «ТУРОН-ИҚБОЛ», 2016. — 123 с.
