Солнечная энергия предлагает многообещающую возобновляемую альтернативу ископаемому топливу. Но производство солнечной энергии сложно и зависит от постоянно меняющихся факторов, таких как облачность, время суток и даже частицы пыли в воздухе.
Профессор Махеш Банди из Окинавского института науки и технологий Высшего университета (OIST) совместно разработал новый стандартизированный способ количественной оценки и сравнения этих изменений в солнечной энергии. Его новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Applied, может помочь в разработке и эксплуатации солнечных фотоэлектрических ферм - систем, которые используют солнечную энергию и преобразуют ее в электричество.
«В настоящее время у нас нет стандарта для сравнения колебаний солнечной фотоэлектрической мощности, потому что они меняются в зависимости от того, где они измеряются», - сказал Банди, который работает в Отделе нелинейной и неравновесной физики OIST. «Найти эту сравнительную основу чрезвычайно важно».
In Flux
Ученые используют величину, называемую спектром мощности, для изучения колебаний выходной солнечной фотоэлектрической мощности - энергии, которая генерируется при преобразовании солнечного света в электричество.
Ученые могут использовать спектр мощности для количественной оценки величины колебаний мощности, генерируемой отдельными солнечными электростанциями по всей планете. Однако не существует стандарта, с которым можно было бы сравнивать эти различные значения для разных растений, поскольку показания различаются в зависимости от таких характеристик, как облачность и наличие пыли в воздухе. Подобно тому, как золотой стандарт использовался для оценки валюты в 19-м и 20-м веках, стандартное измерение необходимо для осмысленной оценки производства энергии на предприятиях.
Чтобы определить такой стандарт, Банди и его сотрудник, профессор Голан Бел из Университета Бен-Гуриона в Негеве в Израиле, проанализировали индекс ясного неба, который количественно определяет выходную энергию Солнца в виде электромагнитных волн без какого-либо вмешательства со стороны облака или пыль.
Проведенный исследователями анализ данных о чистом небе за 2009 год показал, что это базовое солнечное излучение следует схеме, которая зависит от изменений продолжительности дневного света от одного дня к другому.
Бэнди и Бел пришли к выводу, что измерение основного солнечного излучения в определенном месте на Земле формирует надежный стандарт для сравнения спектра фотоэлектрической мощности в том же месте. Это связано с тем, что, даже несмотря на изменчивость облаков и других источников шума, географическое положение надежно влияет на производство фотоэлектрической энергии.
Следующим шагом Бэнди является изучение того, как источники шума, такие как проплывающие облака, влияют на колебания солнечной энергии. В конечном счете, он надеется, что это исследование поможет инженерам и политикам оптимизировать производство фотоэлектрической энергии.
«Мы преодолели первый барьер в понимании характера солнечных фотоэлектрических колебаний, найдя этот золотой стандарт», - сказал Банди. «Теперь у нас есть линейка для измерения».