Солнечная энергия: панели дают +34% мощности

Новые полупрозрачные панели могут увеличить выработку фермы до 34 %

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) представили спектрально‑селективный полупрозрачный кристаллический кремниевый (c‑Si) модуль, который отражает ближний инфракрасный свет (NIR) к солнечным элементам, пропуская более 90 % фотосинтетически активного излучения (PAR) к культурам. По результатам симуляций такой модуль обеспечивает до 34 % больше электроэнергии, чем современные полупрозрачные солнечные панели.

Как работает модуль: селективная оптика и V‑образные концентраторы

Модуль UNSW содержит распределённые брэгговские отражатели (DBR) и V‑образные плоские концентраторы между элементами в двойном стеклянном корпусе. DBR‑слой — это многослойное зеркало, отражающее целевой диапазон длины волны с эффективностью >99,9 %, отправляя NIR (800‑1100 нм) обратно в стекло, где полное внутреннее отражение (TIR) удерживает его для TOPCon c‑Si ячеек. Наклонные V‑образные поверхности направляют отражённый NIR к ячейкам, а видимый спектр 400‑700 нм проходит напрямую к растениям. Наиболее эффективными оказались многослойные полимерные DBR‑плёнки, которые дают высокий коэффициент отражения NIR и почти не поглощают свет — это подтверждено недавним обзором RSC по полупрозрачным PV‑технологиям для агрофотовольтики RSC Publishing.

Подтверждённые результаты в австралийских полевых испытаниях

С помощью оптической модели в MATLAB исследователи сравнили три конфигурации модуля с обычной непрозрачной PV и стандартной полупрозрачной PV при одинаковом покрытии ячеек. На трёх австралийских площадках спектрально‑селективный дизайн показал на 23‑27 % больший короткозамкнутый ток при покрытии ячеек 50 % и на 34‑40 % прирост при покрытии 38 %. Во всех случаях передача PAR оставалась выше 90 %, что гарантирует достаточное освещение культур. При угле падения солнца эффективность сохраняется вдоль направления V‑образных канав, но падает, когда свет падает поперёк канав.

Сравнение с другими полупрозрачными решениями

На рынке сейчас представлены стеклянные бифацильные модули, тонкоплёночные прозрачные ячейки и полимерные фотогальванические решения, которые обычно жертвуют либо электроэнергией, либо светопропусканием. Обзор RSC отмечает, что многие коммерческие полупрозрачные PV пропускают широкий спектр, включая NIR, который полезен для кремниевых ячеек, но не для растений. В отличие от них, подход UNSW отфильтровывает около 80 % NIR, превращая его в электроэнергию и оставляя видимый спектр для растений — баланс, которого пока нет у существующих продуктов.

Глобальный рынок агрофотовольтики готов к быстрому росту

Аналитики прогнозируют, что мировой рынок агрофотовольтики будет расти со среднегодовым темпом (CAGR) 38‑45 % до 2030 г.Mordor Intelligence. Высокая плотность мощности новых модулей может сделать такие установки финансово более привлекательными, особенно в регионах с высоким уровнем солнечной радиации, где эффективность использования земли критична.

Что это значит для Израиля

Солнечная энергия в Израиле, особенно в южном Негеве, характеризуется высоким уровнем солнечной радиации — средняя выработка 1 950 kWh на kWp в год. Применив 34‑% прирост от модуля UNSW к ферме мощностью 1 MWp, годовая генерация возрастёт с 1,95 GWh до ≈2,62 GWh, то есть на ≈0,67 GWh больше. При типичном коммерческом тарифе ₪0,41 /кWh это даст дополнительный доход около ₪275 000 в год. За несколько лет такой прирост может компенсировать более высокие начальные затраты на селективную оптику, пока технология масштабируется и цены снижаются. Израильские фермеры получат короче срок окупаемости и большую прибыль, сохраняя достаточное освещение для культур.

Перспективы: от прототипа к коммерческим фермам

Команда уже создала прототипы размером примерно половина листа А4 и подтвердили их оптические характеристики в лаборатории. Для массового производства потребуется интеграция с существующими системами крепления агрофотовольтики и проверка под разными световыми требованиями культур. При коммерциализации эти модули могут стать ключевым элементом солнечной энергосистемы Израиля, помогая стране достичь цели 30 % электроэнергии из возобновляемых источников к 2030 г.

---

Ключевые выводы:

• Спектрально‑селективная оптика повышает выход полупрозрачных солнечных панелей до 34 %, сохраняя >90 % PAR для растений.
• Многослойные полимерные DBR и V‑образные концентраторы — основные технологии, обеспечивающие прирост.
• В солнечных регионах Израиля ферма мощностью 1 MWp может заработать дополнительно ≈₪275 k в год благодаря более высокой выработке.
• Технология соответствует быстрорастущему глобальному рынку агрофотовольтики и может ускорить достижение целей Израиля в области солнечной энергетики.

Источники и дополнительное чтение

• Spectrally selective modules for agrivoltaics - RSC Publishing
• Photovoltaics literature survey (No. 191) - Hameiri - Wiley Online Library
• UNSW unveils spectrally selective solar modules for agrivoltaics
• [PDF] eu pvsec 2024 - Conference Programme
• Thin-film solar photovoltaics: Trends and future directions - ScienceDirect