Napelemek hatékonyságnövelésének lehetőségei

Az ilyen tükrök gyakorlati használhatósága azonban még mindig korlátozott a költségek és az erre szakosodott iparág hiánya miatt. A szakértők a rendszer prototípusát egy malajziai szennyvíztisztítónál telepítették. A tükör mérete 2,2-szer 1 méter volt. A tükrös rendszeren 2022 februárja és áprilisa között egy sor tesztet végeztek. Teljesítményét egy visszaverő nélküli referenciarendszer adataival hasonlították össze. Az elemzés során figyelembe vették a környezeti hőmérsékletet, a napsugárzást, a szélsebességet, a kimenő energiát és a hatékonyságot is.

A tesztek azt mutatták, hogy a tükörrel ellátott rendszer 14,57 százalékos teljesítmény-növekedésnek köszönhetően képes volt felülmúlni a tükör nélküli megoldást. A fényvisszaverővel felszerelt rendszer 25,5 százalékos maximális hatásfokot tudott elérni, míg a referenciarendszer csak 22,7 százalékos hatásfokra volt képes.

Gazdasági értékelésben költséghatékonysági szempontból is megvizsgálták a fényvisszaverő elemekkel kiegészített napelem rendszert. Kiszámolták, hogy a teljesítményjavítók segítségével – így tükrök vagy hűtési kiegészítők beépítésével – a napelem a plusz beruházási költségekhez képest elegendő többlet teljesítményt ad-e hozzá az alap rendszerhez, vagy jobb, ha ezek helyett további napelem modulokat tereznek inkább be. Arra a következtetésre jutottak, hogy a javasolt rendszer gazdaságilag is hatékonyan megvalósítható Malajzia éghajlati viszonyai között, ám úgy vélik, kiterjedt vizsgálatokat kell végezni – különösen más éghajlati viszonyok között – a teljesítmény javítása érdekében.

Solar Energy Booster

A napelemek hatékonyságnövelésének egy másik lehetősége a Solar Energy Booster hőtároló rendszer, ami azzal járul hozzá az energiaátalakításhoz, hogy a meglévő napelemek nemcsak több elektromos energiát, hanem hőenergiát is képesek termelni.

Egy hőszivattyú csak akkor tud megfelelően működni, ha a megfelelő forráshőmérsékletről táplálják, egy napelem pedig akkor tud hatékonyan működni, ha kellően lehűthető. A Solar Energy Booster napelemre történő telepítése a napelemet fotovoltaikus napkollektorrá (PV-T) alakítja át, lehetővé téve a hőenergia visszanyerését és hasznosítását. A csövekbe olyan közvetítőközeget töltenek, amely kivonja a hőt a panelből, ami aztán egy tárolótartályba vezetnek, amely egy hőszivattyú vagy használati meleg víz energiaforrásaként szolgál.

A közvetítőközeg milyensége is fontos. A közvetítőközegnek el kell viselnie egy bizonyos hőmérsékletet, rendszerint a fagyásról beszélünk, de ritkán a magas hőmérsékletet is. Stabilnak kell maradnia, és meg kell felelnie a felhasználás módjának. A biológiailag lebomló és növényi eredetű 1,3-propándiollal gyártott közvetítőközeg használata csökkenti a talajszennyezés kockázatát szivárgás esetén, így ideális erre az alkalmazásra.

Amikor a hőt kivonják, a napelem lehűl, így több napenergiát tud termelni. A booster nyáron akár 70 fokkal is csökkentheti a napelem hőmérsékletét, ami több mint 20%-kal növeli az elektromos hatásfokot. Télen az elektromos hatásfok gyakorlatilag nem változik, így a panel átlagos teljesítménye évente 8%-kal nő. A hőenergiát és a további termelt villamos energiát hőszivattyúhoz csatlakoztatva egy jól szigetelt épületet további energiaforrások – pl. gáz – nélkül is ki lehet fűteni.

Forgassuk a napelemet

A nap helyzetének változásából következően mindig más és más irányba néző napelemekkel érhetjük el az ideális tájolást. A délelőtti órákban például a Keleti tájolású napelemek teljesítenek jobban, délután pedig a Nyugati tájolásúak. A fixen telepített napelem-rendszereket Déli tájolás esetén tekintik a legjobb megoldásnak, hiszen a két véglet közötti középső érték kapja a legtöbb napsugárzást egy napon. Fizikailag persze akkor érhetjük a maximális besugárzási értéket, hogyha a napelemek mindig közvetlenül a Nap irányába néznek. Erre találták ki a napkövető rendszereket.

A napkövető rendszerrel azt érhetjük el, hogy a napelem a csúcsteljesítményét – amelyre a rendszer képes – egy napon hosszabb ideig képes biztosítani. Egy rögzített rendszerhez képest, egy kisebb teljesítményű rendszerrel érhető el a kívánt energiatermelési érték. Ahhoz, hogy 100%-osan le lehessen követni a napot két tengely mentén szükséges forgatni a napelemeket, hogy az ideális dőlésszöget, és az ideális tájolást is követni tudja. Viszont ezek a napelem tartószerkezetek drágábbak, bonyolultabb vezérlésűek, és a nagyobb helyigényűek is, éppen ezért jobban elterjedt az egy tengely mentén forduló tartószerkezet, amely a kelet-dél-nyugat irányt követi le.

Ezeknek a napkövető rendszereknek a telepítése szabadföldre történik. A valóságban rendszerint úgy valósítják meg a tartószerkezeteket, hogy egy szerkezetre több panelt helyeznek el, és tulajdonképpen soronként történik a forgatás. Az így elhelyezett sorok között az egymást érő árnyékoló hatás miatt nagyobb távolságokat kell tartani a rögzített szerkezethez képest, mivel a forgás során plusz árnyékoló hatás keletkezik. A napkövetést vagy bizonyos érzékelők biztosítják, amelyek a nap helyzetét képesek felismerni, vagy egy meghatározott algoritmus vezérli. Egy napkövetős napelem rendszer 25-30%-kal több energiát képes termelni, mind a fixen telepített változat.

Kétoldalú napelem

A most alkalmazott átlagos napelemek rendszerint egy oldalon rendelkeznek napfény elnyelő réteggel és rögzített tartószerkezetre vannak felerősítve. Az ilyen egy oldalas napelemek a ráeső napfény kb. 22%-t alakítják át elektromos árammá. A kétoldalú napelemek akár 35 százalékkal több elektromos áramot is elő tudnak állítani, amely kb. 16%-kal alacsonyabb fajlagos költséget jelent, még a napkövető mozgató rendszer ára ellenére. A kétoldalú napelemek előnye, hogy mindkét oldalukon van napfény érzékeny réteg(vagy ugyanaz az réteg elérhető mindkét oldalról), így a földre vetődő és onnan visszavert napfényt is hasznosítani tudják. Ennek köszönhetően a hatásfokuk is magasabb.