Исследователи из Университета Катара создали и испытали на открытом воздухе необычный сферический фотоэлектрический модуль, способный принимать солнечный свет практически с любых направлений без механической системы слежения за Солнцем. Результаты испытаний оказались неоднозначными: у такого решения проявились как плюсы, так и минусы.

Прототип представляет собой сферу диаметром 0,70 м, на которой размещены 450 односторонних кремниевых солнечных элементов размером 52 × 52 мм. Фотоэлементы соединены последовательно и закреплены на непрозрачном пенополистирольном основании так, что фотоячейками было покрыто около 80 % поверхности сферы, а остальная площадь была отведена под провода и соединения и просто пустовала.

Главная особенность решения — это окружающий нижнюю часть сферы чашеобразный полусферический отражатель из полированного алюминия. Его эффективное альбедо достигало 0,95, отражающая площадь — примерно 3,07 м², а радиальный зазор между сферой и отражателем — 0,40 м. Свет, который без отражателя не попал бы на солнечные элементы, направлялся на нижнюю полусферу элемента. Как показало моделирование, отражатель увеличивал выработку примерно на 71 % по сравнению с такой же сферической батареей без отражателя. При этом вся установка имеет сравнительно небольшую проекцию на землю — около 1,74 м². В целом сферическая форма позволяет распределять фотоэлементы по множеству углов наклона и азимутов, поэтому у конструкции, в отличие от плоской панели, нет одного предпочтительного направления на Солнце.

Исследователи проверяли работоспособность системы в Дохе в течение девяти дней. Автоматизированный комплекс на базе микроконтроллера ESP32 регистрировал напряжение, ток, мощность, температуру поверхности и параметры окружающей среды. За период испытаний экспериментальная установка произвела 183,17 Вт·ч в реальных условиях, отличавшихся от стандартных лабораторных условий STC. После девяти суток работы без очистки от пыли выходная мощность сохранялась примерно на уровне 92 % первоначальной, что может указывать на некоторую устойчивость сферической конструкции к загрязнению пылью, хотя количество осевшей пыли учёные отдельно не измеряли. Для сравнения использовалась обычная плоская панель, обращённая на юг и установленная под фиксированным углом 25°.

Однако сферическая форма не обеспечила безусловного выигрыша по выработке энергии и её стоимости. Моделирование для местных условий показало, что с июня по август 2025 года сферический модуль с отражателем мог выработать 113,0 кВт·ч против 105,3 кВт·ч у плоского, что показало его преимущество на 7,3 %. Но при расчёте за полный год результат оказался обратным: 405,5 кВт·ч у сферы против примерно 425,0 кВт·ч у оптимально размещённой плоской панели, причём сферическая система выигрывала лишь в четырёх месяцах из двенадцати.

Расчётная приведённая стоимость электроэнергии LCOE также оказалась выше — $0,0424 за кВт·ч против $0,0320 для плоской панели, или примерно на 32,5 % выше. Поэтому разработчики рассматривают нынешний образец, прежде всего, как подтверждение работоспособности технологии. Её преимуществом могут стать установки, где оптимальная ориентация панелей невозможна (что случается в частном секторе), с низким положением Солнца в приполярных широтах, ограниченной возможностью поворота или сложным доступом для обслуживания (очистки оп пыли и грязи).

Источник:

Материалы по теме

Материалы по теме