Pionowe systemy fotowoltaiczne mogą osiągać wyższą wydajność

Naukowcy z Holandii zidentyfikowali możliwy czynnik wpływający na to, że wydajność wertykalnych systemów fotowoltaicznych może osiągać bardzo zadowalające wartości w porównaniu do systemów z panelami ustawianymi w tradycyjny sposób.

Naukowcy z Holenderskiej Organizacji Zastosowań Nauki (TNO) przeprowadzili serię testów, które miały zidentyfikować przyczynę wysokich uzysków energii elektrycznej z wertykalnych (pionowych) systemów fotowoltaicznych w odniesieniu do tradycyjnych systemów PV, gdzie panele montowane są pod stałym kątem. W pracy nie podano jednak, jaki kąt nachylenia modułów fotowoltaicznych uwzględniono w próbie odniesienia.

Cyfrowy bliźniak

Do testów naukowcy wykorzystali technikę digital twin (cyfrowy bliźniak). Polega ona na stworzeniu wirtualnej wersji (kopii) badanego systemu PV, odzwierciedlającej rzeczywiste jego parametry (zbiera dane w procesie naśladowania rzeczywistej pracy instalacji PV na podstawie danych środowiskowych) i porównaniu jej pracy z danymi zbieranymi z identycznego, lecz istniejącego fizycznie systemu.

REKLAMA

Oprócz rzeczywiście istniejącego systemu fotowoltaicznego w „części prawdziwej” twin dane zbierane były także z istniejących stacji pogodowych zlokalizowanych przy instalacji, pozostałej elektroniki wchodzącej w skład systemu oraz czujników. Odległości pomiędzy poszczególnymi rzędami wynosiły 2, 4 oraz 6 m.

Istniejąca wertykalna instalacja fotowoltaiczna, na bazie której powstał jej cyfrowy bliźniak, zlokalizowana jest niedaleko budynków TNO w Petten w Holandii. Składa się z dziewięciu rzędów bifacjalnych modułów fotowoltaicznych (w sumie 72) zorientowanych w kierunku wchód-zachód. Jak czytamy w pracy naukowej, w skład systemu wchodzą moduły wybudowane na bazie różnych technologii ogniw. Większość z nich (60 sztuk) to bifacjalne moduły o jednostkowej mocy 315 Wp zbudowane z wykorzystaniem ogniwa n-Type M2 TOPCon. Każdy moduł wchodzący w skład systemu jest wyposażony w optymalizator mocy SolarEdge.

Lepsza temperatura pracy

Po przeprowadzonej symulacji grupa holenderskich badaczy odkryła, że wertykalne (pionowe) systemy fotowoltaiczne odznaczają się niższą temperaturą pracy przy tym samym natężeniu promieniowania słonecznego w odniesieniu do systemu tradycyjnego. Zdaniem naukowców właśnie niższa temperatura pracy może mieć pozytywny wpływ na całkowitą produkcję energii elektrycznej.

Naukowcy z TNO w przypadku standardowego systemu PV zaobserwowali, że przy wysokim natężeniu promieniowania słonecznego pojawia się spadek napięcia skorelowany z podwyższającą się temperaturą pracy modułów fotowoltaicznych. Ten sam proces ma miejsce w przypadku wertykalnie zamontowanych paneli, lecz wzrost temperatury nie jest aż tak duży, co przekłada się na mniejszy spadek wydajności instalacji.

REKLAMA

Takie zachowanie ma najprawdopodobniej związek z tym, ze w przypadku paneli pionowych występują niemal dwukrotnie wyższe współczynniki przenikania ciepła, określające dynamikę przemieszczania się ciepłą z jednego materiału do drugiego.

Holenderscy badacze podają, że charakterystyczna dla systemów wertykalnych korzystniejsza wartość współczynnika przenikania ciepła może przekładać się na uzyski energii wyższe w skali roku o około 2,5 proc. w porównaniu do uzysków ciepła z systemów z panelami ustawianymi w tradycyjny sposób.

Eksperci z TNO zaznaczają, że korzystniejsze współczynniki przenikania ciepła i – co za tym idzie – mniejsza podatność na wzrost temperatury pracy ogniw zamontowanych pionowo mogą w pewien sposób rekompensować mniej korzystniejsze ustawienie pionowej fotowoltaiki względem tradycyjnie montowanych systemów. To może być pozytywna wiadomość dla deweloperów z obszaru agrofotowoltaiki, w której ustawiane pionowo panele zwiększają możliwości wykorzystania tych samych gruntów na cele rolnicze. Więcej na ten temat w artykule: Pionowa agrofotowoltaika może podnieść jakość upraw.

Wyniki swoich analiz badacze z TNO przedstawili w pracy pt. „Thermal model in digital twin of vertical PV system helps to explain unexpected yield gains” w czasopiśmie „EPJ Photovoltaics”.