EN
Saulės šviesos prieinamumas: spinduliavimo intensyvumas, trukmė ir spektrinė kokybė
Tiesioginės ir netiesioginės saulės šviesos bei spektrinio neatitikimo poveikis saulės lempų elementų sugerties gebėjimui
Tiesioginė saulės šviesa leidžia saulės lempoms konvertuoti beveik 30 % daugiau energijos nei išsklaidytoji (netiesioginė) saulės šviesa dėl didesnės spinduliavimo intensyvumo ir fotonų kritimo statmenai. Tiesioginėje saulės šviesoje saulės baterijų naudingumo koeficientas sumažėja 15–25 % dėl spektrinio neatitikimo, kai aplinkos šviesa yra už saulės baterijų optimalaus sugerties bangos ilgių diapazono. Rytuose ir vakaruose infraraudonosios šviesos (760–1400 nm) sugertis sukuria žemesnį įtampą nei matomosios šviesos sugertis vidurdienį. Monokristalinėms baterijoms spektrinės variacijos neigiamas poveikis mažesnis, tačiau vis tiek stebimi 8–12 % nuostoliai esant žemam spinduliavimui.
Patikima saulės lempų veikla, atsižvelgiant į sezonines ir geografines kasdienio saulės spinduliavimo kitimo ypatybes.
Saulės lempų autonomijos lygis kinta priklausomai nuo sezono ir geografinės padėties. Prie ekvatoriaus vidutiniškai būna 5,2 pikinės saulės valandos, tuo tarpu 45° platumoje – tik 2,8 pikinės saulės valandos. Net šiltose zonose žiemą saulės šviesa yra mažiau nei optimali ir gali sumažinti energijos gamybą 40–70 %. Toronto vasarą bendroji horizontalioji spinduliuotė (GHI) siekia 5,6 kWh/m²/dieną, o gruodžio mėnesį GHI sumažėja iki tik 1,9 kWh/m²/dieną. Aukštose platumose dažniausiai pasitaiko išsisklaidžiusi spinduliuotė. Suomihoje gruodžio mėnesį 85 % bendrosios horizontaliosios spinduliuotės (GHI) kyla iš išsisklaidžiusios šviesos, todėl saulės baterijų našumas yra labai žemas. Kad saulės baterijos galėtų patikimai veikti geografiškai ir sezoniniškai nepalankiose vietovėse, jų dydis turi būti padidintas 20–35 %.
Aplinkos iššūkiai: šešėliai, užterštumas ir saulės baterijų orientacija
Dulkėjimo, nešvarumų ir drėgmės kaupimasis: saulės lempų baterijų užterštumo sukeliamų nuostolių įvertinimas
Dulkių ir nešvarumų nusėdimo dėlto šviesa užsikloja ir tiesiogiai sumažėja elementų našumas. Ypač sausoje ir užterštoje aplinkoje, plokščiai sumontuotų elementų metinės nuostolios dėl nešvarumų siekia 15–20 %, nors šie elementai turi didžiausią savivalymosi galimybę. Drėgmė padėtį dar labiau pablogina, suformuodama lipnią nuosėdą, kuri laiko daleles. Elementų pasvirimas 10–15 laipsnių kampu gali pagerinti jų valymo efektyvumą. Norint išlaikyti našumą, valymas atliekamas kas ketvirtį. Neprižiūrima priežiūra gali sumažinti metinę energijos gamybą iki 25 %; nešvarumai yra viena iš labiausiai išvengiamų, tačiau dažniausiai pasitaikančių priežasčių, dėl kurių saulės lempoms prarandama savarankiškumo gebėjimas.
Temperatūros ir degradacijos poveikis saulės lempų įkrovimui
Aplinkos temperatūros poveikis litio-ionų ir švinų-rūgšties akumuliatoriams saulės lempose
Temperatūra labai paveikia saulės lempų baterijų veikimą. Litio jonų baterijos susiduria su greitesniu cikliniu senėjimu esant aplinkos temperatūrai aukštesnei nei 25 °C (77 °F). Pavyzdžiui, po 200 ciklų talpos praradimas padidėja nuo maždaug 3,3 % esant 25 °C iki 6,7 % esant 45 °C (113 °F) dėl kietosios elektrolito sąsajos (SEI) augimo. Švino-rūgštinėms baterijoms žemos temperatūros degradacinis poveikis yra dar didesnis. Esant aplinkos temperatūrai žemesnei nei 20 °C (68 °F), įkrovos priėmimas smarkiai sumažėja, o esant –20 °C (–4 °F), naudojama talpa sumažėja 50 %. Todėl dėl šių priešingų šiluminės jautrios savybių litio jonų baterijos yra optimalios karštomis klimato sąlygomis, tuo tarpu specialiai sukurtos švino-rūgštinės baterijos išlieka pageidautinos ilgalaikiškose šaltose aplinkose.
Baterijų senėjimo ir ciklinio gyvenimo trukmės poveikis saulės lempų autonomijai
Visos saulės lempų baterijos patiria neišvengiamą elektrocheminį senėjimą kiekviename įkrovimo/iškrovimo cikle. Pavyzdžiui, standartinė litio jonų baterija po 500 pilnų ciklų išlaiko tik 70–80 % pradinės talpos, kas per metus gali reikšti 1–2 valandų trumpesnį apšvietimą. Litio jonų baterijų talpos mažėjimą lemia trys pagrindiniai veiksniai:
Litio jonų baterijos viename ar daugiau ciklų yra netikroje pasyviojo litio būsenoje
Baterijos elektrolito skilimas, kuris sukelia baterijos vidinės varžos padidėjimą
Kietųjų jonų atskyrimo sąsajų susidarymas
Šiluminis įtempimas pagreitina senėjimo procesą, todėl baterijos esant 35 °C (95 °F) senėja maždaug dvigubai greičiau nei baterijos esant 25 °C (77 °F). Karštuose klimatuose su dideliu ciklų skaičiumi naudingasis tarnavimo laikas iki pakeitimo paprastai neviršija dviejų (2) metų pakeitimo intervalo; švelnesniuose klimatuose su mažesniu naudojimu pakeitimo intervalas paprastai nėra trumpesnis nei keturi (4) metų intervalas.
Saulės lempų sistemos projektavimas: skydelių technologija, kampas ir įkrovos valdymas
Optimalus saulės lempų skydelių pasvirimo kampas ir azimutas pagal platumą ir paskirtį
Kiekvieno įrengto saulės lempų skydelio apšviestumo nustatytas užfiksavimas priklauso nuo tinkamos orientacijos. Bet kuriems fiksuotiems pasukamiems nuolydžio skydeliams, nustatymas į platumą plius/minus 15° užtikrina didžiausią per metus gaunamą energiją. Žiemą nuolydis turi būti stačiau, vasarą – plokščiau. Azimutinė orientacija turėtų būti tikrojo pietų arba tikrojo šiaurės kryptimi, priklausomai nuo pusrutulio. Vertikalusis laisvasis aukštis gatvės lempose yra ribojamas pastatų šešėlių. Keičiant nuolydį pagal sezoną sodų ar takų lempos gali naudotis lempomis vasaros/žiemos padėtyje. Optimali orientacija, paremta platuma, leidžia dienos metu surinkti 20 % daugiau energijos, lyginant su plokščia montavimo pozicija, remiantis patvirtintais modeliais.
Skydelių technologija ir lempų efektyvumas
Saulės lempa su išradingu dizainu integruoja planavimą, plokštumų technologiją ir įkrovos valdymą. MPPT valdikliai pranašesni už bet kokius standartinius įkrovos valdiklius esant silpnėjančioms/kintamosioms šviesos sąlygoms, pvz., dalinei pavėsinai, debesuotam dangui, silpnoje šviesoje ryte. Dėl didesnio naudingumo koeficiento MPPT valdikliai gali duoti 25–30 % daugiau energijos. MPPT įkrovos valdymas reikalingas beveik visose sistemose, įskaitant mažas (<50 W) sistemas. Jie yra pakankamai patikimi, kad atsipirktų MPPT įkrovos valdiklio kaina prieš standartinį įkrovos valdiklį.
Komponentai: PWM valdikliai, MPPT valdikliai, vienakristalinės saulės baterijos, daugakristalinės saulės baterijos
Našumas: 70–80 %, 92–98 %, 22–27 % (2025 m.), 15–22 % (2025 m.)
Kaina: žemesnė (5–20 USD), aukštesnė (20–100 USD), brangesnė, biudžetiškesnė
Geriausiai tinka: mažoms sistemoms (<50 W), kintamos šviesos sąlygoms, riboto ploto įrengimams, didesniems saulės baterijų plotams
Pagrindinis privalumas: paprastumas, 30 % ar daugiau energijos pajėgumo padidėjimas, geriau veikia silpnos šviesos sąlygomis, žemesnė kaina už vato
Vienakristaliniai elementai išsiskiria aukšta naudingumo našumu, ypač esant silpnai šviesai, todėl jie puikiai tinka aukšto naudingumo saulės lempoms, kai ribotas vietos kiekis.
D.U.K.
Kokie yra pagrindiniai veiksniai, įtakojantys saulės lempos naudingumo našumą?
Naudingumo našumas priklauso nuo prieinamos saulės šviesos, aplinkos kliūčių (pvz., šešėliavimo ir užterštumo) bei sistemos šiluminio ir akumuliatoriaus našumo. Tiesioginė saulės šviesa, tinkama elementų orientacija ir švari sistema pagerina našumą.
Kaip šešėlis veikia saulės lempos išvestį?
Saulės sistemų išvestis labai priklauso nuo prieinamos saulės šviesos kiekio. Net nedidelis šešėlis gali smarkiai sumažinti bendrą išvestį.
Kodėl reguliarus saulės elementų valymas yra svarbus?
Daug dulkių turinčiose vietovėse saulės baterijos gali užsiteršti, o tai gali labai sumažinti jų energijos išvestį. Tai ypač svarbu sausose ir užterštose regionuose.
Kokia yra skirtumas tarp MPPT ir PWM krūvio valdiklių?
MPPT įkrovos valdikliai gali veikti maksimalia našumu stebėdami saulės baterijų maksimalaus galios taško poziciją, tuo tarpu PWM valdikliai yra pigesnė parinktis mažesnėms sistemoms, nors jų našumas kinta priklausomai nuo šviesos sąlygų.
Kokia yra akumuliatorių našumas saulės lempose esant temperatūros pokyčiams?
Ekstremalios aplinkos sąlygos lemia greitesnį litio jonų akumuliatorių susidėvėjimą aukštoje temperatūroje ir lėtesnį švino rūgšties akumuliatorių susidėvėjimą žemoje temperatūroje. Todėl akumuliatorių technologija turi būti pritaikyta konkrečiai klimato sąlygoms.