Иновации 2023
10.12.2024
Грижа за природата чрез възобновяеми енергийни източници
18.01.2025
освен
Нови материали в дизайна на фотоволтаични клетки
Проектирането на нови материали за внедряване на фотоволтаични клетки е пряко свързано с повишаване на тяхната ефективност и намаляване на топлинните загуби. Te могат да се превърнат в решаващи фактори за ефективните слънчеви енергийни системи. Eдна от най-забележителните новости в областта на създаването на материали е прилагането на перовскитите клетки. Този материал се оказа високоефективен при поглъщане на слънчевата светлина и по-нататъшния транспорт на получената енергия от този тип. Твърди се, че енергията се увеличава до 25%, което означава, че е силно конкурентно качество в сравнение с типа силиций, който все още се използва предимно за производство на плочи от фотоволтаични клетки.
Основното предимство на перовскитните слънчеви клетки е термичната стабилност на материала, което означава, че той не губи ефективността си с повишаване на температурата. Това е жизненоважен фактор, тъй като този вид фотоволтаични плаки често срещат този проблем с прозрачното фотоволтаично стъкло.
- Интегрирането на технологията на слънчевите клетки. Традиционната архитектура е една от най-ефективните стъпки към намаляване на енергийната зависимост. Прозрачните фотоволтаични стъкла, монтирани в различни небостъргачи или използвани за частни жилищни цели, намаляват потреблението на традиционните източници на енергия и значително намаляват количеството топлина, абсорбирано от тях. Прозорците не се затоплят и следователно не затоплят апартаменти. Това елиминира необходимостта от допълнително охлаждане на фотоволтаици на основата на графен. Разработените плочи са невероятно тънки и гъвкави. Това прави възможно използването им с най-малко щети, тъй като устройството може да контролира нивото на отразяващи топлината.
- Иновативен материал, който е показал своята ефективност, са слънчевите клетки, снабдени с топлоотразяващи покрития, които отразяват дълговълновата инфрачервена радиация. Тя е характерна за абсорбиране на топлината на фотоволтаичните елементи с десет градуса и така влияе ефективно върху цялостното им действие – за тази променлива се твърди, че се подобрява с около 5%.
Напредък в стъклените покрития за отразяване на топлината
Едно от най-големите нововъведения, които промениха ефективността на сградите и фотоволтаичните системи, е откриването на топлоотразяващи стъклени покрития. Те са често метални оксиди като титанов диоксид, които се нанасят върху външната страна на стъкления материал инфрачервено лъчение. Същевременно могат да абсорбират видимата радиация, което позволява поддържането на интериора по-хладен и така се намаляват разходите за охлаждащо оборудване в затвореното пространство.
Нискоемисионните покрития са новаторска форма на тази конкретна технология са нискоемисионните покрития. Те често са склонни да отразяват до 90% от инфрачервената слънчева радиация и въпреки това да позволят на видимата светлина да преминава през тях. Интензитетът на отражение означава, че коефициентът на слънчева топлина е сведен до минимум. Това е изключително полезно в топъл климат с високи изисквания за климатизация.
Програмата за продукти Energy Star наскоро съобщи, че сградите с нискоемисионни покрития в прозорците консумират 15% по-малко електрическа енергия за охлаждане от тези с добре оборудвани устройства в горещи региони като Аризона или Флорида. Спектрално селективните покрития правят една крачка. Те не само отразяват инфрачервената слънчева радиация в атмосферата, но също така имат тенденция да използват възможно най-много дневната светлина. Тази конкретна форма на покритие е станала изключително полезна при големи стъклени фасади с изискванията за охлаждане на търговските сгради.
Тези стъклени повърхности са склонни да останат чисти, позволявайки добър изглед навън, като в същото време намаляват топлинното натоварване на същите. Това се вижда от факта, че те намаляват употребата на изкуствено осветление през деня при запазване на вътрешната температура. Прилагането на такива покрития не е ограничено само до прозорци. То също така е полезно за поддържане на силициевата повърхност на слънчевия панел при по-ниски температури повърхността на силициевия панел. Това означава, че клетката работи по-добре и води до около 2-3% подобрение в нейната производителност по време на пикови условия на слънце.
Подобрен дизайн на рамката за по-добро разсейване на топлината
Що се отнася до соларната технология, една от ключовите й части е дизайнът на рамката или, по-точно, управлението на топлината, създаден да увеличава капацитета на рамката за разсейване на използваните материали и конструкции. Така рамката, може да позволи повече въздух вътре за по-добра циркулация на въздуха и начин за освобождаване на топлина. Всяка от тези иновации трябва да стане по-често срещана в бъдеще. Тези видове рамки не са ново явление от гледна точка на съвременните фотоволтаици.
Напоследък използването на алуминиеви рамки се увеличи многократно поради въвеждането на термични прекъсвания. Тази рамка използва непроводим материал, поставен между вътрешната и външната страна на рамката. Така тя прекъсва топлинния път. В днешно време предаването на топлина от рамката може да бъде намалено с 40%. Това ще направи тази рамка необходима за оперативната ефективност на фотоволтаичните панели, особено в страни с висок климат. Дизайнът на вентилирана рамка предполага създаване на отвор или вливане на канал в действителната рамка, позволявайки циркулация на въздуха около слънчевите клетки, което води до по-добро отвеждане на топлината. По този начин тя предпазва слънчевите панели от прегряване поле, а рамката с въздушен поток е с 5-10 градуса по Целзий по-студена в сравнение с конвенционалните рамки.
Друга разработка, създадена от отдела за изследвания и разработки, се отнася до композитните материали . Докато тези не са толкова леки, колкото металите, новите композитни материали, като фибростъкло или подсилени полимери, са значително по-леки. Те също така показват по-ниска топлопроводимост, което води до това, че повърхността на слънчевия панел е с около 3°C по-хладен. Използването на композитна рамка позволява да се постигне увеличение на производителността от около 1,5% при типични работни условия.
Интелигентни слънчеви системи за динамично управление на ефективността
Интелигентните слънчеви системи използват усъвършенствани технологии за подобряване на производството на енергия и за динамично намаляване на топлинните загуби. Те използват специални сензори, данните от които се обработват от софтуера и след това работата на масива или системите за околната среда се регулират автоматично.
Интегрирани сензори и тяхното използване
Първото развитие, което е често срещано в тези инсталации , е използването на температурни сензори, интегрирани в самия панел. Ако тези сензори показват достигане на критична температура, (например в Северна Калифорния температурата е често над горната граница на ефективността от приблизително 25 градуса по Целзий) се активира охлаждащ механизъм. С усъвършенстването на панелите се използва вентилационна система за преминаване на въздух през панела, която циркулира охлаждаща вода през масива.
Ефективността на системата е с около 5% по-висока от неохлажданите панели по време на пиковите слънчеви часове. Автоматизираното регулиране на потока на панела е друга технология, използвана в тези системи. Това е така нареченото автоматично регулиране на наклона на панела. То често се регулира между сутринта и вечерта, за да се настрои към позицията на слънцето. Така загубите на топлина, свързани с ъгъла на падане, стават значителни. Тези движения изместват ъгъла и позволяват на системата да получи до 10% по-добри нива на улавяне на енергия в сравнение със статични инсталации.
Бъдещето на високоефективните слънчеви панели
Слънчевото бъдеще става изключително перспективно поради развитието на различни видове иновации. Тези подобрения допринасят за напреднали нива на ефективност и идобри възможности за намаляване на топлинните загуби. Появата на високоефективни слънчеви панели е свързана с иновативни материали и интелигентни технологии или дизайни. Същите помагат да се отиде далеч отвъд съществуващите възможности, а по – нататъшните опции са неизбежни в контекста на реалните нужди на човека.
Фотоволтаичните технологии и материали, са предназначени да реагират на различни части от слънчевия спектър. Например галий, индий, фосфор и няколко други материали. В сравнение със средната ефективност на слънчевите панели, около 15-20%. в случай на използване на силиций, иновативните клетки с множество преходни точки могат да гарантират проценти от над 40 %.
Съществува набор от съвременни космически приложения, които вече са започнали да използват тези клетки и се стремят да увеличат максимално предимствата им. Съвременните покрития за управление на топлината се използват освен за отразяване на инфрачервеното лъчение но и за генериране на реална способност за разсейване на топлината. Тези покрития обикновено се прилагат върху външната страна на слънчевите панели. Така се поддържат по-ниски температури и се запазва висока ефективност.
Те могат да работят при температури под 5°C по-ниски в сравнение със стандартните панели. Така могат да увеличат ефективността си с 2-3% по време на слънчева светлина. Тези технологии се използват за разработване на различни видове слънчеви панели и могат да покажат безпрецедентен дизайн.
