Tăng khoảng cách của các tấm pin mặt trời đi kèm với các lợi ích
bởi Wayne Hicks, Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia
Các nhà nghiên cứu đã xác định rằng việc di chuyển các mảng mặt trời xa nhau có thể mang lại lợi ích cả về kinh tế và hiệu quả. Ảnh: Werner Slocum, NREL
Theo một phân tích mới, việc di chuyển các hàng tấm pin mặt trời xa nhau hơn có thể tăng hiệu quả và cải thiện tính kinh tế bằng cách cho phép luồng không khí lớn hơn để loại bỏ một số nhiệt, theo một phân tích mới.
Các tấm pin mặt trời hoạt động bằng cách thu ánh sáng mặt trời và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, nhưng nhiệt kèm theo có thể làm giảm sản lượng điện của chúng một chút. Phân tích đã vượt ra ngoài các giả định vận hành hiện tại chỉ xem xét lượng ánh sáng mặt trời, tốc độ gió và nhiệt độ môi trường xung quanh.
"Nhưng trong thực tế, khi bạn nhìn vào cách bố trí của hệ thống, như cách các mô-đun được đặt cách xa nhau, chúng ở góc nào, độ cao của chúng so với mặt đất - tất cả đều ảnh hưởng đến luồng không khí", Matthew Prilliman, một nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) có chuyên môn bao gồm mô hình hóa hiệu suất của các hệ thống quang điện (PV).
Prilliman là tác giả chính của bài báo "Phân tích kinh tế công nghệ về việc thay đổi làm mát đối lưu của mảng PV thông qua việc thay đổi khoảng cách mảng", xuất hiện trên Tạp chí IEEE về quang điện. Các đồng tác giả khác từ NREL là Janine Keith và Tim Silverman. Ngoài NREL, các đồng tác giả là Sarah Smith và Raúl Bayoán Cal từ Đại học Bang Portland và Marc Calaf và Brooke Stanislawski từ Đại học Utah, Thành phố Salt Lake. (Stanislawski hiện đang làm việc với NREL.)
Nhiệt độ của một mô-đun PV chỉ đứng sau lượng ánh sáng mặt trời mà nó nhận được về tác động lên sản lượng điện của mô-đun. Sản lượng điện tối đa của mô-đun giảm 0,3% đến 0,5% mỗi độ tăng nhiệt độ của mô-đun. Ánh sáng mặt trời là tác nhân chính của nhiệt độ mô-đun, với tốc độ gió có tác động thứ cấp.
Phân tích dựa trên Mô hình Cố vấn Hệ thống của NREL đã chứng minh rằng sự tách biệt nhiều hơn giữa các hàng sẽ cải thiện hiệu suất của hệ thống PV bằng cách cho phép luồng không khí làm mát các mô-đun năng lượng mặt trời. Prilliman cho biết một số mẫu máy tính được sử dụng trước đây coi những thay đổi trong quá trình truyền nhiệt là do sự khác biệt trong cách cấu hình một mảng.
Ông nói: “Đây là lãnh thổ tương đối chưa được khám phá.
Nghiên cứu có thể đặc biệt liên quan đến lĩnh vực nông nghiệp đang phát triển, trong đó các loại cây trồng được trồng liền kề hoặc bên dưới các tấm pin mặt trời. Việc sử dụng đất thay đổi cho các bố cục khác nhau sẽ ảnh hưởng đến việc bố trí các loại cây trồng, do đó cũng có thể ảnh hưởng đến luồng gió.
Jordan Macknick, người đứng đầu một dự án nghiên cứu NREL khác tập trung vào lĩnh vực điện nông cho biết: “Việc tăng khoảng cách có thể cho phép nhiều loại cây trồng và nhiều loại thiết bị nông nghiệp hơn được sử dụng trong các hệ thống điện nông nghiệp. "Điều đó có thể làm cho các hệ thống năng lượng mặt trời cách biệt này tiết kiệm chi phí hơn và tương thích với nông nghiệp quy mô lớn hơn."
Bằng cách xa các tấm pin hơn nữa, lượng bức xạ phản xạ mặt đất trên mô-đun năng lượng mặt trời tăng lên và tỷ lệ các mô-đun đổ bóng lên nhau giảm. Khoảng cách tăng lên cũng cho phép lưu lượng gió lớn hơn, có thể dẫn đến nhiệt độ mô-đun thấp hơn và sản lượng năng lượng cao hơn.
Các nhà nghiên cứu không chỉ rõ khoảng cách giữa các tấm pin là bao nhiêu vì mỗi hệ thống PV là khác nhau và phụ thuộc vào điều kiện địa phương. Họ đã chỉ ra những cải thiện lớn nhất đến ở những vùng khí hậu có nhiệt độ môi trường trung bình hàng năm thấp và tốc độ gió trung bình hàng năm từ trung bình đến cao.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc tách các hàng nhiều hơn sẽ làm tăng thêm chi phí. Đáng chú ý, cần nhiều đất hơn vì các mảng được cách ra nhiều hơn. Ngoài ra, chi phí đi dây tăng lên khi các mảng trải rộng hơn. Điều quan trọng, các nhà nghiên cứu xác định lợi ích lớn hơn chi phí trong nhiều trường hợp.
