Күн батареясы бұлтты ауада зарядталуы мүмкін бе?

Бұт шаршырының күн батареясын зарядтауға әсері

Ғылыми негіз: Шашыратылған сәулелену және Фотоэлектрлік шығыстың төмендеуі

Күн панельдері фотон деп аталатын күн сәулесі бөлшектерін электр тогына айналдырған кезде электр энергиясын өндіреді. Бұлттар жиналған кезде тікелей күн сәулесі шашырап, диффузиялық жарық деп аталатын құбылыс пайда болады – негізінен жарық бірқалыпты таралып, қаншалықты да күшті болмайды. Зерттеулердің 2023 жылғы нұсқауы бойынша NREL деректеріне сәйкес, күн сәулесінің көп түрлері мен инфрақызыл сәулелердің кейбір толқын ұзындықтарын қабылдай алатын болса да, бұл диффузиялық жарық күннің ашық шыққан күндеріне қарағанда тек 15-25 пайыз ғана береді. Фотондардың азаюы панельдерден түсетін кернеудің төмендеуіне әкеледі, бұл табиғи түрде жалпы өндірілетін қуаттың төмендеуіне әкеледі. Бұлттың жабылуы қаншалықты жағдайы нашар болса, сонымен қатар күн энергиясы жүйелерінің өнімділігі соншалықты төмендейді.

• Жеңіл бұлттар 50–70% жарық өткізгіштігіне мүмкіндік береді
• Қатты дауыл бұлттары өткізгіштікті тек 5–15% дейін қысқартады

Зарядтау бақылау құрылғылары кернеуді түрлендіруді тиімді пайдалану арқылы тиімділікті сақтайды, бірақ кірістік энергияның төмендеуіне байланысты күн батареяларын зарядтау жылдамдығы заңды түрде баяулайды.

Шынайы Деректер: NREL және Жергілікті Орнатуларда Өлшенген Тиімділіктің Төмендеуі

Ұлттық Жаңартылатын Энергетикалық Зертханасы (NREL) Фотоэлектрлік шығындардың АҚШ-тың тұрғын үй орнатуларында бұлтты ауа-райы кезінде әдетте 20–50% төмендейтінін және қарқынды бұлттылық кезінде 65%-ға дейін төмендейтінін растайды (NREL Жылдық Технологиялық Негіз, 2022). Бұл шығындар зарядтау уақытын ұзартады және аккумулятордың саулығына қысым түсіреді:

Ұзақ уақытқа созылатын жартылай зарядталған циклдер ысырапты үдетеді — әсіресе сурьмалы-қышқылды аккумуляторларда, онда үзілісті кіріс кезінде сыйымдылық жыл сайын 40%-ға дейін төмендей алады (Ponemon Институты, 2023). MPPT зарядтық реттегіштер PWM жүйелерімен салыстырғанда энергия жинақтауды 10–25% жақсарту арқылы бұл мәселені жеңілдетеді, бірақ ауа-райына байланысты кешігуді толығымен жоя алмайды.

Бұлтты Ауа-райы Кезіндегі Жұмыс Істеуін Анықтайтын Маңызды Компоненттер

Зарядтау бақылаушылары: Төменгі жарықтандыру шарттарында MPPT неге PWM-ден жоғары болады

Бұлтты күндері пайдаланылатын энергияның шамамен 20-30 пайызына дейін артық беру арқылы төменгі жарық шарттарында жұмыс істеу кезінде MPPT бақылаушылары PWM құрылғыларын жеңеді. PWM бақылаушылары аккумулятордың белгілі бір кернеуіне сәйкес келсе, MPPT нұсқалары кернеу мен ток арасындағы ең тиімді нүктені табуға тырысып, әлсіз немесе шашыранды күн сәулесі ғана болған кезде де мүмкіндігінше көбірек қуат алады. Зертханалық сынақтар MPPT бақылаушылары қалың бұлттар арқылы 94% пайдалы әсер коэффициентін сақтайтынын, ал PWM аналогтары шамамен 70% ғана құрайтынын көрсетті. Бұл күн жақсы жарқырап тұрмаса да, күн батареяларына сүйенетіндер үшін маңызды айырмашылық болып табылады.

Аккумулятор химиясы: LiFePO4 пен Қорғасын-қышқылдың үзілісті күн энергиясына жауап реакциясы

Литий темір фосфаты немесе LiFePO4 аккумуляторлары ауытқымалы кіріс мәндері бар жүйелермен өте жақсы жұмыс істейді. Бұл аккумуляторларға тән дәлел - шамамен 95-98 пайызға дейінгі әсершіл қайта зарядтау қабілеті және төмен ток деңгейлерінде де зарядты қабылдау қасиеті. Олар зарядтың тек жартылай деңгейінде болғанымен, кернеуді тұрақты ұстап тұрады, бұл қасиет көне қорғасын-қышқыл аккумуляторларының қиындық тудыратын жері болып табылады. Қорғасын-қышқыл түрлері шамамен 50% зарядтан төмен циклдан өткен сайын кернеудің төмендеуін бастан кешіреді және сульфаттау проблемаларына ұшырайды. Күн сәулесі тұрақсыз болған кезде, көбінесе қорғасын-қышқыл аккумуляторлар әр жылы 15-20% сыйымдылықты жоғалтады. Ал LiFePO4 элементтері толық зарядталмағанымен, шамамен 2000 зарядтау циклінен кейін бастапқы сыйымдылығының шамамен 80%-ын сақтайды. Бұл оларды күн энергиясын өндіру жүйелерінде жиі кездесетін бұлтты ауа-райының ұзақ мерзімді кезеңдеріне әлдеқайда жарамды етеді.

Бұлтты ауа-райында күн батареяларын зарядтауды максималдандырудың тиімді стратегиялары

Бұлтты аспан күн сәулесін азайтса да, стратегиялық жүйе жобасы мен дұрыс қызмет көрсету сәулелік кезде зарядтау тиімділігін едәуір арттыруға мүмкіндік береді. Төменгі жарық деңгейі кезінде күн батареяларының өнімділігін сақтау үшін осы дәлелденген тәсілдерді қолданыңыз:

• Панельді орналастыруды оптимизациялау : Шашыратылған жарықты максималды ұстап тұру үшін панельдерді ендікке байланысты бұрышпен орнатыңыз және ағаштар мен құрылыстардың көлеңкесін жойыңыз. Регулярлы тазалау шаңның жиналуынан сақтайды — бұл өзі өнімділікті 25%-ға дейін азайтуы мүмкін.
• MPPT технологиясын басымдық ретінде қарастыру : MPPT реттегіштері ауа райы бұлынған кезде PWM нұсқаларына қарағанда кернеу-ток қатынасының өзгеріп отыруына динамикалық бейімделу арқылы 30% дейін артық энергия алуға мүмкіндік береді.
• Күн панельдерін үлкейту : Панельдің қуатын 30–50% арттыру түсіп қалған өнімділікті толықтырады және бірнеше бұлынған күндер бойы жеткілікті зарядтау деңгейін сақтауға көмектеседі.
• Жетілдірілген батарея химиясын таңдау : LiFePO4 батареялары айнымалы күн энергиясы кезінде қорғасын-қышқыл батареяларға қарағанда төменгі жарықта зарядты сақтауда (95% жоғары), терең циклдық төзімділікте және қызмет ету мерзімінде едәуір артықшылық береді.
• Ақылды шаруашылық циклдерін енгізу : Шыңдық күндізгі жарықтың ең жоғары интенсивтілігі кезінде зарядтауды бағдарламалау үшін нақты уақыт режимінде бақылау мүмкіндігі бар реттегіштерді пайдалану — энергияны ең көп болған кезде максималды ұстап алу.

Бұл шаралар дұрыс өлшемдеу мен компоненттерді таңдау сенімді автономды жұмыстың негізі болып табылатын кезде, ауа-райы өзгерістеріне қарамастан күн батареясы жүйелерінің беріктігін және қызмет етуін қамтамасыз етеді.

Панельден тыс: Сенімді күн батареясының жұмыс істеуі үшін қосымша шешімдер

Гибридті жүйелер, желіге қосылатын резервтік қор және ақылды энергиямен басқару

Бұлтты күндер күн энергиясының өндірілуін шынымен азайтады, бірақ жел генераторлары сияқты желіге қосылу немесе басқа электр көздерімен бірге әрекет ететін гибридті орнату жүйелері жұмысты тегіс жалғастырады. Күн сәулесі ұзақ уақытқа жеткіліксіз болғанда желіге қосылған жүйелер автоматты түрде іске қосылып, коммуналдық компаниядан кәдімгі электр энергиясына ауысады. Бұл үйлер мен кәсіпорындарды күн панельдері үшін идеалды емес ауа райы жағдайында да электрмен жабдықталуын қамтамасыз етеді және батарея ресурсын үнемдейді. Ақылды энергиялық бақылау құрылғылары барлық осы компоненттердің бір-бірімен тиімді әрекеттесуін қамтамасыз етеді.

• Тапшылық кезінде маңызды жүктемелердің басымдығын қамтамасыз ету
• Сыйымдылықтың ең жоғарғы кезеңіне әлсіз тұтынуды өзгерту
• Нақты уақыттағы болуы мен болжанған жағдайларға қарай көздер арасында үздіксіз ауысу

Тұрғын үйлерде осындай интеграцияланған стратегияларды қолдану электр желісіне тәуелділікті 37% -ға азайтады (NREL Тұрғын үй Энергетикалық Зерттеу, 2023), әлсіз ауыспалы күн сәулесін болжанатын, басқарылатын электр энергиясына айналдырады.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Бұлттар күн панельдерінің тиімділігіне қалай әсер етеді?

Бұлтты жағдайда күн панельдеріне түсетін тікелей күн сәулесінің мөлшері азаяды, бұл энергия өндірудің төмендеуіне әкеледі. Күн панельдері шашыратылған жарықта да жұмыс істей алады, бірақ әлдеқайда төменгі тиімділікпен, әдетте бұлтты күндері өндірілген қуат 15-25% -ға дейін азаяды.

Күн жүйелеріндегі MPPT зарядтау реттегіштерінің рөлі қандай?

MPPT зарядтау реттегіштері электр жүктемесін динамикалық түрде реттеу арқылы және айнымалы жарық жағдайларында да қуаттың максималды өндірілуін оптимизациялау арқылы күн жүйелерінің тиімділігін арттырады және PWM реттегіштерімен салыстырғанда шамамен 20-30% артық энергия береді, әсіресе бұлтты ауа-райы кезінде.

Неліктен LiFePO4 аккумуляторлары күн жүйелері үшін ұсынылады?

LiFePO4 аккумуляторлар жоғары пайдалы әсер коэффициентін, ерекше заряд сақтау қабілетін және ұзақ қызмет ету мерзімін ұсынады және түсіп тұратын күн энергиясы кезінде де жақсы жұмыс істейді, ол қуат деңгейлері тербелетін күн жүйелері үшін идеалды нұсқа болып табылады.

Бұтамды ауа-райы жағдайында күн панельдерінің тиімділігі қалай максималды деңгейге жеткізілуі мүмкін?

Панельді орналастыруды оптимизациялау, MPPT технологиясын қолдану, күн батареяларының өлшемін үлкейту, алдыңғы қатарлы аккумулятор химиясын таңдау және ақылды шарықтау циклдарын енгізу — бұтамды ауа-райы жағдайында күн панельдерінің жоғары тиімділігін сақтау үшін тиімді стратегиялар болып табылады.