Двусторонние солнечные панели генерируют солнечную энергию прямого солнечного света , так и от отраженного света (альбедо), что означает, что они по сути являются двухсторонними панелями.
Это большое отличие от более распространенных односторонних солнечных панелей, которые генерируют энергию только со стороны, обращенной к солнцу.
Двусторонняя солнечная энергия не нова. Фактически, первые солнечные элементы , произведенные Bell Laboratories в 1954 году, были двусторонними. Однако, несмотря на их потенциал для повышения эффективности, двусторонние солнечные панели не получили широкого распространения по сравнению с односторонними солнечными панелями, отчасти из-за их относительной стоимости, а также из-за более специфических условий окружающей среды, которые они требуют.
Как работают двусторонние солнечные батареи
Улавливая альбедо, а также прямой солнечный свет, количество электроэнергии, вырабатываемой каждой двусторонней панелью, увеличивается, а это означает, что необходимо устанавливать меньше солнечных панелей.
В отличие от односторонних солнечных панелей, они сделаны из прозрачного стекла, которое пропускает часть света и отражается от поверхности под ним. Чтобы еще больше увеличить количество проходящего света, они используют стекло вместо металлических рамок или линий сетки, удерживающих их на месте. Стекло закаленное стекло уменьшает царапины. В остальном они работают точно так же, как и другие фотоэлектрические (PV) панели, используя кристаллический кремний для поглощения солнечного света и преобразования его в электрический ток. Задняя сторона двусторонней солнечной панели обычно имеет общую схему с передней стороной, что повышает эффективность без увеличения схемы.
Двусторонние и односторонние солнечные панели
Согласно недавнему исследованию, проведенному Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL), подразделением Министерства энергетики США, двусторонние панели могут генерировать на 9% больше электроэнергии, чем односторонние. 2
Как и в случае с односторонними панелями с более высокой эффективностью , это означает, что требуется установить меньше панелей, а также связанное с ними оборудование, такое как крепления для панели, инверторы и кабели, что снижает как затраты на оборудование, так и трудозатраты.
Солнечная фотоэлектрическая технология менее эффективна при более высоких температурах, что дает двусторонним панелям еще одно преимущество. Поскольку они сделаны из стекла без теплопоглощающей алюминиевой подложки односторонних панелей, они имеют более низкие рабочие температуры, что повышает их эффективность.
Двусторонние панели не нужно заземлять, поскольку у них нет металлического каркаса, который потенциально может проводить электричество. А поскольку их конструкция делает их более долговечными, на них часто предоставляется более длительная гарантия — 30, а не 25 лет на односторонние панели.
Поскольку двусторонние панели в большей степени зависят от рассеянного солнечного излучения, они более эффективны, чем односторонние панели, в облачном климате или в любом другом месте, где меньше прямых солнечных лучей и больше непрямого рассеянного излучения. По той же причине двусторонние панели более эффективны в течение более длительных периодов дня, когда солнечный свет все еще рассеян, но не падает прямо на панели.
Двусторонние панели также могут лучше использовать солнечные трекеры , чтобы следить за солнцем в течение дня. Одно исследование показало, что при отслеживании вырабатываемое электричество увеличивается на 27% по сравнению с односторонними панелями и на 45% по сравнению с двусторонними панелями с фиксированным наклоном. Другое исследование с аналогичными результатами показало, что двусторонние панели на солнечных трекерах снижают стоимость электроэнергии на 16%.
Где обычно устанавливаются двусторонние солнечные панели?
Двусторонние солнечные панели лучше всего подходят для поверхностей с высокой отражающей способностью, таких как песок, бетон или снег. С их минимальным древесным покровом пустыни, такие как пустыня Атакама в Чили, изображенная выше, имеют высокие показатели альбедо, как и регионы, где летом трава становится коричневой, например, на склонах холмов в Калифорнии.
NREL создала базу данных, сравнивающую уровни отражательной способности различных материалов, и разместила ее на веб-сайте DuraMAT. Солнечные установщики могут использовать данные о влажности местности, средней облачности, типе экологического биома, скорости ветра и других параметрах, чтобы рассчитать относительную эффективность размещения двусторонних солнечных панелей в разных местах.
То же самое относится и к регионам более высоких широт с длительными периодами снежного покрова. Солнечные панели обычно производят на 40-60% меньше электроэнергии зимой, но они более эффективны при более низких температурах и меньшем атмосферном влиянии в более высоких широтах. В зимнем климате улавливание отраженного от снега солнечного света повышает эффективность в сезон, когда они лучше всего способны преобразовывать свет в электричество.
Вообще говоря, двусторонние панели не подходят для крыш жилых домов по ряду причин. Чтобы уменьшить затенение под ними, двусторонние солнечные панели обычно необходимо располагать выше отражающей поверхности внизу, поэтому их нельзя устанавливать близко к поверхности крыши. Даже если бы они могли, темные крыши поглощают, а не отражают свет. Двусторонние панели также тяжелее, что затрудняет их установку и ограничивает возможности их использования. Старые крыши также могут быть не в состоянии выдержать дополнительный вес или разместить опорные конструкции, которые требуются для двусторонних панелей.
Наконец, двусторонние панели дороже, а затраты на рабочую силу выше, что делает более высокие общие первоначальные затраты непомерно высокими для многих мелких бытовых потребителей. Тем не менее, согласно тому же исследованию NREL, упомянутому выше, добавленная стоимость панелей составляет менее 10%, поэтому она компенсируется дополнительной эффективностью модулей. Если у домовладельца есть крыша, которая будет поддерживать двустороннюю солнечную энергию, и возможность финансировать инвестиции, это стоит затрат.
Другие поверхности, однако, являются идеальными местами. На зданиях с плоскими крышами, окрашенных в более светлые тона, могут быть установлены двусторонние панели, а также навесы для парковки, патио у бассейна, террасы, перголы, веранды, навесы и другие теневые конструкции. Наземные системы, которые покрывают легкие материалы, такие как бетон, песок, гравий или плитка, также являются хорошими кандидатами.
Из-за предпочтительных вариантов использования двусторонних солнечных батарей коммунальные и общественные солнечные фермы быстрее внедрили эту технологию, поскольку их варианты конструкции и размещения не ограничиваются крышами. В этих случаях приведенная стоимость двусторонних панелей может быть на 2-6% ниже, чем односторонних. Clearway Energy Group, разработчик коммунальных и общественных солнечных проектов, считает, что более высокая выработка энергии двусторонней солнечной энергетикой в сочетании с трекерами имеет решающее значение для продолжающегося снижения стоимости солнечной энергии, которая и без того является самым дешевым источником электроэнергии в большинстве районов страны. Мир.
То, что может быть ограничением, может быть и достоинством. Требуя более высоких креплений, чем односторонние солнечные панели, двусторонние солнечные панели легче сделать частью агрофотоэлектрической системы , которая сочетает в себе сельское хозяйство с производством солнечной энергии. Вокруг более высоких холмов легче выращивать сельскохозяйственные культуры, а пасущиеся коровы и овцы могут получить выгоду от тени, которую обеспечивают панели, что делает землю на 60% более продуктивной за счет объединения двух функций.
Перспектива
Согласно NREL, «двусторонняя фотоэлектрическая система становится популярной благодаря гигаваттным установленным проектам». Аналитики рынка ожидают, что совокупный годовой темп роста двусторонней солнечной энергетики составит 15% в течение прогнозируемого периода 2020–2027 годов. И NREL прогнозирует, что к концу десятилетия двусторонние солнечные панели будут составлять 60% рынка солнечных фотоэлектрических систем по сравнению с примерно 15% в 2019 году8 . увеличивает необходимость электрифицировать все и везде, нехватку места и все более спорные вопросы землепользования и может способствовать меньшему количеству более эффективных двусторонних панелей.
Как и в случае с солнечными технологиями в целом, стоимость двусторонних панелей неизбежно будет снижаться по мере увеличения объема производства, и прогнозируется, что паритет цен с односторонними солнечными батареями вскоре склонит рынок в пользу двусторонних панелей. Стоимость солнечной электроэнергии упала на 90% в период с 2009 по 2020 год, . Это делает двусторонние панели особенно привлекательными для коммунальных и общественных солнечных ферм, где экономия за счет масштаба означает, что увеличение выработки энергии достигается лишь незначительно увеличением затрат.
Разница в стоимости также уменьшится, если правительство США отменит тарифы, введенные в 2018 году . До сих пор администрация Байдена поддерживала тариф, поскольку он стремится продвигать производство солнечных панелей американского производства по сравнению с импортом из Китая при поддержке некоторых американских производителей солнечной энергии . На сегодняшний день такое снятие тарифа не разрабатывается, поскольку вопрос решается через судебную систему. Однако уже приведенная стоимость двусторонних систем конкурентоспособна с односторонними системами. NREL прогнозирует, что «пост-тарифный двусторонний сектор станет явным победителем».
Наше будущее сейчас
В отличие от других попыток повысить эффективность солнечных панелей, таких как солнечные элементы из перовскита , двусторонняя технология уже существует, ее можно развертывать в масштабе и быстро развертывать. По мере того, как безотлагательность действий по борьбе с изменением климата становится все более очевидной , двухсторонняя солнечная технология представляет собой одно из наиболее эффективных средств сокращения выбросов углерода в энергетическом секторе.
Хотя двусторонние панели подходят не для каждой крыши или даже для каждого наземного монтажа, их повышенная эффективность позволяет разработчикам солнечных батарей быстрее окупать свои инвестиции и, таким образом, привлекать инвесторов, стремящихся к краткосрочной выгоде. Их меньшая занимаемая площадь по сравнению с односторонними панелями позволяет владельцам многоквартирных домов эффективно доставлять солнечную электроэнергию своим арендаторам и позволяет строить общественные солнечные фермы рядом с теми местами, где это необходимо клиентам, и все это без необходимости крупных модернизаций линий электропередач. Двусторонняя солнечная энергетика — это технология будущего, которая существует уже сегодня.
