Solární panely milují světlo, ale ne horko. Vědci našli řešení

Solární panely milují světlo, ale ne horko. Vědci našli řešení

Zdroj obrázku: RostyslavOleksin / Depositphotos

Solární panely potřebují světlo, nikoli teplo a jsou výkonnější při 25 °C než při 50 °C. Výhodou tohoto systému je, že použitá voda nepřijde nazmar a je znovu využita.


Fotovoltaická technologie se neustále vyvíjí. S tím, jak se vyvíjejí nové způsoby optimalizace jejího výkonu, vycházejí najevo i její omezení. Jedním z nejvýznamnějších je ztráta účinnosti způsobená vysokými teplotami, což je faktor, který je zvláště důležitý v horkých zemích.

Zajímavé je, že solární panely nepracují optimálně, když dosáhnou vysokých teplot, což může výrazně snížit jejich výkon. Proto má nedávný průlom, kterého dosáhl tento tým výzkumníků, mimořádný význam: přináší účinné řešení jednoho z velkých problémů solární energie v horkém podnebí.

Ideální stav je světlo bez tepla

V té době jsme již viděli, jak byl vyvrácen jeden z velkých mýtů souvisejících s fotovoltaickou technologií: stejný typ technologie nefunguje stejně v různých klimatických prostředích.

Související článek

Fukušima nestačila? Japonsko zvažuje další jaderné reaktory
Fukušima nestačila? Japonsko zvažuje další jaderné reaktory

Před více než čtrnácti lety, v březnu 2011, se Japonsko stalo svědkem jedné z nejvážnějších jaderných katastrof v historii. Ničivé zemětřesení následované vlnou tsunami zaplavilo jadernou elektrárnu Fukušima Daiiči a spustilo sérii událostí, které vedly k částečnému jadernému roztavení. Tato událost si vynutila evakuaci tisíců lidí a zanechala nesmazatelnou stopu v kolektivní paměti země. Japonsko však i přes získané zkušenosti zvažuje návrat k jaderné energii.

Postupem času jsme se dozvěděli více o tom, jak funguje. Studie zveřejněná v časopise Renewable and Sustainable Energy Reviews upozornila na to, jak faktory prostředí, jako je prach, sníh nebo chlad, ovlivňují výkon fotovoltaiky. Stejně tak teplota.

Vyšší teploty podle studie ovlivňují účinnost solárních panelů. Děje se tak změnou toku elektronů ve fotovoltaických článcích, což může snížit jejich schopnost vyrábět energii o 4 až 5 procent na každých 10 °C zvýšení.

Nyní vědci na Arabském poloostrově vyvinuli jednoduchý, ale účinný systém, který umožňuje solárním článkům vyrábět podstatně více elektřiny a lépe využívat dostupný prostor, aniž by vyžadoval další technologie nebo nákladné investice.

Zafar Said a Fahad Faraz Ahmad z univerzity Al-Ain ve Spojených arabských emirátech publikovali článek o řešení, které výrazně zlepšuje výkon solárních panelů: mlžení vodou. Tento systém pomáhá udržovat optimální teplotu modulů, a tím zvyšuje jejich účinnost.

Nejde jen o výkon

Návrh také umožňuje efektivnější využití prostoru, protože na každý metr čtvereční pokrytý fotovoltaickou technologií se vyrobí větší množství elektrické energie.

Výzkumníci navrhli sendvičovou konstrukci složenou ze dvou dvoustranných solárních panelů. Jedna strana směřuje ke slunci, zatímco druhá je obrácena k vysoce reflexnímu povrchu, který maximalizuje odraz světla. Testy tohoto systému v porovnání s konvenčním jednostranným panelem ukázaly zvýšení množství energie dodané do sítě až o 26 %.

Přestože dvoustranné panely zdvojnásobují aktivní plochu, vrcholem experimentu je způsob optimalizace prostoru: dva panely jsou instalovány na stejném místě a navíc oba pracují efektivněji díky chladicímu systému.

Klíčem je sendvičové uspořádání, které umožňuje ponechat mezi oběma panely mezeru. V této mezeře je instalován systém nízkotlaké vodní mlhy, která rozprašuje vodu na obě strany, čímž výrazně snižuje teplotu. Při testu se podařilo snížit teplotu povrchu z 60 °C na 45 °C.

Toto chlazení je klíčové, protože solární panely potřebují světlo, nikoli teplo. Vysoké teploty snižují jejich výkon, zatímco optimálně fungují, když je jejich povrch udržován na teplotě kolem 25 °C.

Solární panel s teplotou 25 °C generuje výrazně více energie než panel s povrchovou teplotou 50 °C. Tento rozdíl může vést ke ztrátě výkonu. Podle zdrojů, jako jsou Soly-Energy a Enerix, může tento rozdíl vést ke ztrátě výkonu o více než 20 %, a to i v každodenních podmínkách.

Tento dopad je ještě větší v pouštních klimatických podmínkách, například v Africe nebo v Arábii, kde teploty ráno rychle stoupají a sluneční záření je během dne intenzivnější.

V této souvislosti vykázal systém chlazení sendvičového modulu mlhou pozoruhodné výsledky ve srovnání s konvenčním panelem bez chlazení:

  • Za přímého slunečního svitu se vyrobí až o 37 % více energie.
  • Při zatažené obloze přibližně o 46 % více.
  • Samotné chlazení přispělo k 26% nárůstu dosaženému bez chlazení o dalších 11-22 %.

Kromě toho, a s ohledem na to, že voda není v tomto typu terénu přebytečným zbožím, je třeba poznamenat, že použitá kapalina nepřichází nazmar: cirkuluje v uzavřeném systému. Při kontaktu s horkými stěnami se odpařuje, kondenzuje v pasivně chlazené nádrži a poté je čerpána zpět do postřikovacích trysek, čímž se cyklus znovu spustí.

Výroba energie ze dvou stran

Dvoustranné solární panely mohou vyrábět elektřinu z obou stran, i když je pouze jedna strana přímo obrácena ke slunci. To je možné díky jevu známému jako difúzní záření. Přestože přímé sluneční světlo dopadá nejintenzivněji na jednu stranu panelu, světlo se také rozptyluje v atmosféře a odráží se od okolních povrchů – například od země, stěn nebo dokonce od prachu ve vzduchu – a umožňuje, aby část této světelné energie zachytila i protější strana.

Kombinace přímého záření (záření, které přichází od Slunce v přímém směru) a rozptýleného záření (záření, které přichází z okolí po odrazu nebo rozptylu) dává vzniknout tzv. globálnímu záření. Tento součet je klíčový pro fungování bifaciálních modulů, protože obě strany využívají k výrobě elektřiny různé složky tohoto záření, čímž se zvyšuje celková účinnost systému, i když je přímo osvětlena pouze jedna strana.

Kromě toho by zavedení tohoto systému v zemích s vysokým slunečním zářením a nedostatkem vody, jako jsou země v oblasti Perského zálivu, mohlo představovat významný průlom ve výrobě energie z obnovitelných zdrojů. Tento přístup nejen maximalizuje energetickou účinnost, ale je také v souladu s cíli udržitelnosti, neboť zodpovědně využívá vodní zdroje.

Zdroje článku

sciencedirect.com
#