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.
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, 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.
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.