Sprawność ogniw i modułów fotowoltaicznych

Z każdym rokiem problemy niedoboru energii i zanieczyszczenia środowiska są coraz większe: zasoby kopalne się wyczerpują, a zużycie energii elektrycznej przez ludzi stale rośnie. W tym kontekście nie dziwi fakt, że naukowcy wciąż udoskonalają alternatywne metody wytwarzania energii elektrycznej.

Wraz z innymi czystymi źródłami, takimi jak wiatr, pływy, fale morskie, ciepło ziemi i inne, nie tracą na znaczeniu i elektrownie słoneczne, tradycyjnie zbudowanych z baterii opartych na ogniwach fotowoltaicznych. Głównym wymaganiem stawianym ogniwom fotowoltaicznym jest jak najwyższa sprawność, czyli jak najwyższa sprawność konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną.

Haczyk z ogniwami słonecznymi polega na tym, że chociaż strumień promieniowania (wypromieniowany ze Słońca i docierający do Ziemi) ma określoną moc w górnej granicy atmosfery w okolicach 1400 W/m2, to jednak przy pochmurnej pogodzie w pobliżu powierzchni Ziemi na na kontynencie europejskim okazuje się, że tylko 100 W / mkw. a nawet mniej.

Sprawność ogniwa słonecznego, modułu, układu — Stosunek mocy elektrycznej ogniwa słonecznego, modułu, baterii do iloczynu gęstości strumienia energii słonecznej na powierzchnię odpowiednio ogniwa, modułu, baterii.

Sprawność elektrowni słonecznej — Stosunek energii elektrycznej wytworzonej do energii słonecznej otrzymanej w tym samym przedziale czasu na powierzchnię, który stanowi rzut powierzchni elektrowni słonecznej na płaszczyznę normalną do promieni słonecznych .

Najpopularniejsze dziś panele fotowoltaiczne umożliwiają pozyskiwanie energii elektrycznej z promieni słonecznych z wydajnością od 9 do 24%. Średnia cena takiej baterii to około 2 euro za wat, podczas gdy przemysłowa produkcja energii elektrycznej z ogniw fotowoltaicznych kosztuje dziś 0,25 euro za kWh. Tymczasem Europejskie Stowarzyszenie Fotowoltaiczne przewiduje, że do 2021 r. koszt wytwarzanej przemysłowo „słonecznej” energii elektrycznej spadnie do 0,1 euro za kWh.

Sprawność ogniw i modułów fotowoltaicznych

Naukowcy z całego świata starają się poprawić wydajność swoich fotokomórki… Co roku pojawiają się wieści z różnych instytutów, gdzie naukowcom raz po raz udaje się stworzyć moduły fotowoltaiczne o rekordowej wydajności, moduły fotowoltaiczne oparte na nowym składzie chemicznym, moduły fotowoltaiczne z wydajniejszymi koncentratorami itp.

Pierwsze wysokowydajne ogniwa słoneczne zostały publicznie zademonstrowane w 2009 roku przez Spectrolab. Sprawność ogniw osiągnęła wtedy 41,6%, jednocześnie w 2011 roku ogłoszono rozpoczęcie przemysłowej produkcji ogniw fotowoltaicznych o sprawności 39%. W efekcie w 2016 roku Spectrolab rozpoczął produkcję paneli fotowoltaicznych o wydajność 30, 7% dla statków kosmicznych.

W 2011Firma Solar Junction z siedzibą w Kalifornii osiągnęła jeszcze wyższą wydajność wynoszącą 43,5% dzięki ogniwu słonecznemu o wymiarach 5,5 mm na 5,5 mm, pobijając rekord niedawno ustanowiony przez Spectrolab. Wielowarstwowe trójwarstwowe elementy miały być produkowane w zakładzie, którego budowa wymagała kredytu z Ministerstwa Energii.

Układ słoneczny Sun Simba

Układ słoneczny Sun Simba, który obejmuje koncentrator optycznyio sprawności od 26 do 30%, w zależności od oświetlenia i kąta padania światła, zaprezentowała w 2012 roku kanadyjska firma Morgan Solar. Pierwiastki obejmowały arsenek galu, german i pleksiglas.Ten rozwój pozwolił wdowie zwiększyć wydajność tradycyjnych krzemowych ogniw słonecznych.

Trójwarstwowe ogniwa Sharp na bazie indu, galu i arsenku o wymiarach 4 na 4 mm wykazują wydajność 44,4%. Zostały zademonstrowane w 2013 roku. Ale w tym samym roku francuska firma Soitec wraz z berlińskim centrum. Helmholtz i specjaliści z Instytutu Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej zakończyli prace nad fotokomórką z soczewką Fresnela.

Fotokomórka z soczewką Fresnela

Jego wydajność wynosi 44,7%. A rok później, w 2014 roku, Instytut Fraunhofera uzyskał skuteczność 46%, ponownie na soczewce Fresnela. Struktura ogniwa słonecznego zawiera cztery złącza: fosforan indu i galu, arsenek galu, arsenek galu i indu oraz fosforan indu.

Twórcy ogniwa twierdzą, że bateria, złożona z 52 modułów, w tym soczewek Fresnela (po 16 cm kw.) oraz ultrawydajnych fotokomórek odbiorczych (tylko 7 mm kw.) jest w stanie w zasadzie zamienić 230 słońc światła na energię elektryczną… .

Najbardziej obiecującą alternatywą dla tego, co mamy obecnie, analitycy widzą stworzenie w niedalekiej przyszłości ogniw fotowoltaicznych o sprawności około 85%, działających na zasadzie korygowania prądu wywołanego promieniowaniem elektromagnetycznym Słońca (wszak światło słoneczne to fala elektromagnetyczna o częstotliwości około 500 THz) na małej nanoantenie o wielkości kilku nanometrów.

Radzimy przeczytać:

Dlaczego prąd elektryczny jest niebezpieczny?