Grupa naukowców pod przewodnictwem Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii zbadała wpływ rozstawu rzędów modułów fotowoltaicznych na temperaturę i wydajność systemu fotowoltaicznego i odkryła, że nadmierne rozstawy rzędów nie odgrywają znaczącej roli w chłodzeniu paneli poprzez konwekcję cieplną i zwiększenie uzysku mocy.
„Zamiast tego odkryliśmy, że natężenie promieniowania odgrywa znaczącą rolę w mocy fotowoltaicznej w porównaniu z prędkością wiatru i rozstawem rzędów” – powiedział Long Shi, główny autor badania. „Dlatego zapewnienie pełnego natężenia promieniowania jest głównym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu elektrowni fotowoltaicznych. Na tej podstawie rozsądne rozmieszczenie trybu instalacji paneli fotowoltaicznych może w pewnym stopniu poprawić chłodzenie pasywne”.
Shi wyjaśnił również, że prace badawcze wykazały, że większe odstępy między rzędami nie pozwoliły uzyskać oczekiwanego efektu chłodzenia w testach zewnętrznych. „Dlatego w praktycznych zastosowaniach konieczne jest jedynie zapewnienie, aby pomiędzy sąsiednimi rzędami paneli fotowoltaicznych nie było cienia, a podczas praktycznego rozmieszczenia nie można było uwzględnić ewentualnego efektu chłodzenia spowodowanego nadmiernym rozstawem rzędów”.
Naukowcy przeprowadzili eksperymenty na układzie fotowoltaicznym składającym się z 30 modułów rozmieszczonych w orientacji poziomej w 3 kolumnach i 10 rzędach. Minimalny odstęp między rzędami wynosił 0,98 m, co według nich zapewniało brak ekranowania pomiędzy elementami układu fotowoltaicznego między godziną 09:00 a 15:00 w czasie przesilenia zimowego na półkuli północnej.
„Aby poprawić stopień wykorzystania gruntów, odstępy między rzędami muszą być jak najmniejsze” – zauważyli również. „IEC 62548–1:2023 i IEC TS 62738–2018 określają minimalne odstępy między rzędami, aby zapewnić brak cienia między dwoma sąsiednimi rzędami paneli fotowoltaicznych”. Pomiarów dokonali za pomocą stacji pogodowej, termopar i miernika mocy od 10 czerwca 2023 r. do 5 września 2023 r. „W okresie monitorowania odstępy między rzędami były często dostosowywane, aby uniknąć sezonowych wpływów temperatury powietrza zewnętrznego i prędkości wiatru”.
Seria eksperymentów wykazała, że wbrew pierwotnym oczekiwaniom zwiększenie rozstawy rzędów nie zwiększyło efektu konwekcyjnego przenoszenia ciepła. Efekt ten był korzystny jedynie przy natężeniu promieniowania mniejszym niż 400 W/m2, natomiast powyżej tego progu efekt był znikomy.
Analiza wykazała również, że moc wyjściowa systemu fotowoltaicznego może wzrosnąć nawet o 3,9% przy zwiększeniu rozstawu rzędów do 1,5-krotności minimalnego progu, przy spadku temperatury powierzchni o 1,86 C oraz wzroście wydajności fotowoltaicznej i mocy o 3,53%, gdy prędkość wiatru wzrosła z 0 do 2,4 m/s.
Naukowcy doszli do wniosku, że należy unikać większych odstępów surowcowych, ponieważ ich ograniczone efekty nie rekompensują większego stopnia użytkowania gruntów. Nalegali raczej na uwzględnienie takich czynników, jak bezpośrednie natężenie promieniowania i prędkość wiatru, w celu poprawy wydajności systemu.
„Wyniki tego badania na pełną skalę eksperymentów na świeżym powietrzu stanowią punkt odniesienia przy projektowaniu elektrowni fotowoltaicznych” – wyjaśnił Shi. „Średni błąd względny modelu przewidywania temperatury w tym badaniu wynosi tylko 5,4%, podczas gdy w poprzednim modelu prawie 20,0%. Dzięki modelowi w tym badaniu wpływ warunków środowiskowych i instalacji parametry fotowoltaiki można dokładniej określić ilościowo.”
