Поликристаллическая солнечная панель работает лучше в пасмурную погоду? Комментировать

Разоблачение мифов о поликристаллических солнечных панелях

Солнечная энергия становится всё более популярной, что порождает различные мифы о типах солнечных панелей, особенно касаемо поликристаллических. Два распространённых заблуждения заключаются в том, что поликристаллические панели лучше работают в облачную погоду, т.е. у условиях низкой освещённости и что их разнонаправленные кристаллы эффективнее поглощают свет с различных углов. Давайте разберёмся с этими мифами, опираясь на научные данные.

Миф 1: Повышенная эффективность в облачную погоду

Распространено мнение, что поликристаллические панели более эффективны в облачных условиях по сравнению с монокристаллическими. Однако научные данные говорят об обратном. Исследование в научном журнале от Oxford Academic ‘Clean Energy‘ (Volume 6, Issue 1, February 2022, Pages 165–177) показало, что

различия в эффективности между этими типами панелей незначительны в условиях сниженной освещённости, но при это монокристаллические панели показали большую эффективность во всех экспериментах.

Влияние кристаллической структуры
В нашей предыдущей статье вы можете ознакомиться с отличиями поли- и монокристаллических солнечных модулей.
Эффективность солнечных панелей в преобразовании солнечного света в  электричество в первую очередь определяется их кристаллической структурой. Монокристаллические панели, солнечные элементы которых изготовленны из одного кристалла, обычно более эффективны из-за более “плавного” потока электронов, т.е. дефекты структуры кремния минимальны. В свою очередь, поликристаллические панели, состоящие из нескольких сплавленных кристаллов кремния, имеют эффективность несколько ниже. Облачные условия снижают доступный солнечный свет и влияют на оба типа панелей одинаково, и нет данных, подтверждающих преимущество поликристаллических панелей в таких условиях.

Влияние интенсивности свет
Интенсивность солнечного света в пасмурный день может значительно отличаться от ясного дня. В средней полосе России, как и в других умеренных климатических зонах, эта разница может быть довольно значительной. В ясный летний день в умеренных широтах солнечная радиация может достигать примерно 900 – 1000 Вт/м².

В пасмурные дни интенсивность солнечного света снижается в зависимости от степени облачности. В сильно облачные дни интенсивность может уменьшиться до 100-200 Вт/м², что примерно в 5-10 раз меньше, чем в ясные дни.  Это приблизительные значения и могут варьироваться в зависимости от множества факторов, включая географическое положение, тип облачности и другие атмосферные условия.

Вольт-амперная характеристика
На графике ниже показана зависимость вольт-амперной характеристики (ВАХ) солнечной панели в зависимости от интенсивности солнечного излучения на примере солнечной мощностью 450Вт. Видно, что со снижением интенсивности солнечного света главным главным образом снижается ток, генерируемый солнечной панелью и в меньше степени вырабатываемое напряжение. Так в ясный солнечный день, при интенсивности солнечного излучения 1000 Вт/м² ток короткого замыкания Iкз ~ 11 А, а напряжение холостого хода Uхх ~ 42 В. При интенсивности излучения 200 Вт/м², Iкз ~ 2.5 А, Uхх ~ 38 В. Таким образом, при снижении интесивности света в 5 раз, вырабатываемая энергия снижается более чем в 5 раз, т.к. со снижение тока снижается и напряжение в точке максимальной мощности панели. Такое поведение характерно как для поли-, так и для монокристаллических солнечных панелей.

Влияние интенсивности солнечного излучения на вид ВАХ

Миф 2: Улучшенное поглощение света из-за ориентации кристаллов в полукристаллических солнечных панелях

Этот миф исходит из предположения, что уникальная структура поликристаллических солнечных панелей, состоящая из множества сросшихся вместе кристаллов кремния, позволяет им более эффективно поглощать свет с различных углов по сравнению с монокристаллическими панелями, где используется один непрерывный кристалл.

Основная ошибка этого мифа заключается в неправильном понимании того, как солнечные панели поглощают свет и преобразуют его в электроэнергию. Эффективность солнечной панели определяется её способностью преобразовывать фотоны солнечного света в электрический ток. Этот процесс в большей степени зависит от качества полупроводникового материала и конструкции самой ячейки, а не от направленности или угла падения света.

Часто обыватели представляют кристаллы в поликристаллическом солнечном элементе что-то вроде выпирающих кристаллов, как на рисунке ниже, которые могут поглощать свет со всех эффективно, т.к. лучи попадают них перпендикулярно.

Как люди думаю выглядит поликристаллический солнечный элемент

Однако, в поликристаллических панелях границы между отдельными кристаллами могут создавать дополнительные препятствия для движения электронов, что немного снижает их эффективность по сравнению с монокристаллическими панелями. Эти внутренние границы не способствуют улучшению поглощения света, скорее, они могут создавать области, где электроны застревают или рекомбинируют, не достигнув p-n-перехода и не способствуя генерации электрического тока.

Кроме того, современные солнечные панели, независимо от их типа, обычно оснащены антиотражающими или антибликовыми покрытиями и оптимизированы для максимального поглощения света. Эти покрытия разработаны таким образом, чтобы минимизировать потери света из-за отражения и они эффективны независимо от типа кристаллической структуры солнечных элементов в панели.

Как в действительности выглядит поликристаллический солнечный элемент

Вывод

Мифы о превосходной эффективности поликристаллических солнечных панелей в облачную погоду и улучшенном поглощении света из-за ориентации кристаллов не имеют научного обоснования. Эффективность поглощения света и преобразования его в электричество зависит от множества факторов, включая качество полупроводникового материала, дизайн ячеек, антиотражающее покрытие и общую конструкцию панели, а не от ориентации кристаллов. Это подтверждается рядом научных исследований в области фотовольтаики, демонстрирующих, что ключевыми аспектами эффективности солнечных панелей являются их физические и химические свойства, а не просто ориентация кристаллов внутри них.