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功率技術/新能源  

研究人員利用雙向反射模型提高PV聚光效率

上網時間: 2015年10月26日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:反射器  太陽能電池板  散射  太陽能板  BDRF 

美國密西根理工大學(Michigan Technological University)的研究人員以及加拿大皇后大學(Queen’s University)的一支研究團隊最近發現一種可在太陽能電池板上聚集更多陽光的方法,據稱可使其提升30%或更高的轉換效率。

這項研究發表於電機電子工程師學會(IEEE)所屬的《太陽光電》(Photovoltaics)期刊。

「我們正致力於從系統的角度來看這項研究,」密西根理工大學材料科學與工程系以及電子與電腦工程系副教授Joshua Pearce表示,這項研究著重於整體系統而不只是個別的太陽能板,主要的原因在於目前在地面上安裝的太陽能板陣列「太浪費空間了!」

安裝在大型太陽能發電廠的標誌性太陽能板之間總會間隔開來,以避免彼此遮蔽。當陽光照射在太陽光電系統時,輸送電力到電網中,而當光線落在太陽能板排與排之間的地上時,當然也損失了大量的潛在能源。解決之道相當簡單,Pearce說:「用反射器填滿排與排之間的空間,讓陽光反彈回太陽能板上。」

然而,這種反射器或平面集中器目前並未被廣泛使用。

「太陽能板通常保固使用20至30年,」Pearce解釋,這種保固通常只保證某些特定情況。「因此,如果你能用反射器讓太陽能板聚集更多陽光,就能夠取得較好的溫度擺動以及不均勻的照明,但簡單的反射器鏡面可能會對於這種效果產生錯誤預測。

對於太陽能電場業者來說,由於潛在熱點的不確定性,目前利用反射器的效果不佳。Pearce以及其他研究人員發現了一種利用雙向反射(BDRF) 功能進行預測的方法。

BDRF經常被用於電影和視訊遊戲中,創造出更多逼真的電腦產生影像(CGI)人物與場景。BDRF程式可描述光線如何在不規則的表面上反彈,以及預測光線如何散射,從而創造出間接的光照與陰影。

Pearce與其他研究人員為其太陽能板研究建立了一個BDRF模型,可預測反射器能反彈多少陽光量,以及反彈至太陽能板陣列的哪一個位置後發光。


太陽能板上的熱輻射讀數讓研究人員更能掌握如何提高太陽能系統聚光效率
(來源:Michigan Technological University)

「即使看起來就像完美的鏡子一樣,但真正的表面並不一定如此,」 Pearce解釋,「因此,我們將BDRF模型應用在這些材料上,讓它散射光線。」

在展示這些反射器如何散射光線後,研究人員開始嘗試使用反射器與太陽能板。結果成效比預期的更好,這些反射器大幅提高了太陽能系統的輸出效率。

「在這背後的數學十分複雜,」Pearce解釋,研究團隊希望「驗證這些可預測的模型,使太陽能產業可以開始利用我們的公式來設計出更好的太陽能電場。」

該研究團隊並在加拿大安大略省京士頓(Kingston, Ontario)的太陽能戶外測試場(Open Solar Outdoors Testing Field)實地測試這個模型。結果顯示可在其他人預測有問題的太陽能板上照射更多陽光。

採用標準太陽能板,在最佳角度不傾斜時可增加約45%的效率。即使是最角度傾斜的太陽能板也能提高約18%的效率。此外,這項模擬也顯示以最佳反射器能夠達到30%或更好的輸出效率。

「我們花費了大量的心血、汗水和淚水,期望能使得太陽能板儘可能達到最高效率,」Pearce說:「我們如此地辛苦研究,也只能在模組上提高幾個百分點;而在系統級卻輕輕鬆鬆地實現了兩位數的回報。」

透過這項研究成果,在系統級如此大幅地提升聚光效率,可望應用於改變太陽能板的安裝方式,同時,還能提高經濟效益與投資報酬率,甚至還可能大幅改造現有的太陽能電場。

Pearce強調:「我們目前的主要目標在於為太陽能電場開發人員提供所需的資料,讓他們能用於修改其太陽能場的配置,以及提高輸出效率與營收達三分之。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Boosting solar panel efficiency: Is it simply a matter of angles?,by Paul Buckley)





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