В Катаре испытали сферический солнечный модуль: ему всё равно, откуда светит Солнце, но годовая выработка уступила плоским панелям

Исследователи из Университета Катара создали и протестировали на открытом воздухе необычный сферический фотоэлектрический модуль, способный принимать солнечный свет практически с любых направлений без механической системы слежения за Солнцем. Результаты испытаний, опубликованные в pv magazine, оказались неоднозначными: у такого решения проявились как существенные плюсы, так и серьезные ограничения по сравнению с традиционными плоскими панелями.

Конструкция «солнечного шара»

Прототип представляет собой сферу диаметром 0,70 м, на которой размещены 450 односторонних кремниевых солнечных элементов размером 52 × 52 мм. Фотоэлементы соединены последовательно и закреплены на непрозрачном пенополистирольном основании так, что фотоячейками покрыто около 80 % поверхности сферы, а остальная площадь отведена под провода, соединения и пустоты.

Главная особенность решения — окружающий нижнюю часть сферы чашеобразный полусферический отражатель из полированного алюминия. Его эффективное альбедо достигает 0,95, отражающая площадь составляет примерно 3,07 м², а радиальный зазор между сферой и отражателем — 0,40 м. Свет, который без отражателя не попал бы на солнечные элементы, направляется на нижнюю полусферу. Моделирование показало, что отражатель увеличивает выработку примерно на 71 % по сравнению с такой же сферической батареей без отражателя. Вся установка имеет сравнительно небольшую проекцию на землю — около 1,74 м².

Натурные испытания в Дохе

Исследователи проверяли работоспособность системы в Дохе в течение девяти дней. Автоматизированный комплекс на базе микроконтроллера ESP32 регистрировал напряжение, ток, мощность, температуру поверхности и параметры окружающей среды. За период испытаний экспериментальная установка произвела 183,17 Вт·ч в реальных условиях, отличавшихся от стандартных лабораторных условий STC.

После девяти суток работы без очистки от пыли выходная мощность сохранялась примерно на уровне 92 % первоначальной, что может указывать на некоторую устойчивость сферической конструкции к загрязнению пылью, хотя количество осевшей пыли учёные отдельно не измеряли. Для сравнения использовалась обычная плоская панель, обращённая на юг и установленная под фиксированным углом 25°.

Сезонная и годовая динамика выработки

Моделирование для местных условий Катара показало интересную картину. В летний период — с июня по август 2025 года — сферический модуль с отражателем мог выработать 113,0 кВт·ч против 105,3 кВт·ч у плоского, что показывает его преимущество на 7,3 %. Однако при расчёте за полный год результат оказывается обратным: 405,5 кВт·ч у сферы против примерно 425,0 кВт·ч у оптимально размещённой плоской панели. При этом сферическая система выигрывала лишь в четырёх месяцах из двенадцати.

Экономическая эффективность и перспективы

Расчётная приведённая стоимость электроэнергии (LCOE) для сферической установки составила $0,0424 за кВт·ч против $0,0320 для плоской панели, то есть примерно на 32,5 % выше. Поэтому разработчики рассматривают нынешний образец прежде всего как подтверждение работоспособности технологии.

Её преимуществом могут стать установки, где оптимальная ориентация панелей невозможна — что часто случается в частном секторе, — а также работы в условиях низкого положения Солнца в приполярных широтах, при ограниченной возможности поворота или сложном доступе для обслуживания (очистки от пыли и грязи). Сферическая форма позволяет распределять фотоэлементы по множеству углов наклона и азимутов, поэтому у конструкции, в отличие от плоской панели, нет одного предпочтительного направления на Солнце.