Baterii de înaltă eficiență. Aplicație în viața de zi cu zi. Instalarea modulelor solare

Panoul solar este considerat a fi sursa energie electrica, care lucrează direct din fluxul luminos. Dacă vorbesc despre proiecta, orice panou solar reprezinta un anumit set de fotocelule interconectate, plasate intr-o carcasa de protectie si acoperite cu un panou frontal de sticla.

Ce este o celula foto

O fotocelula este un element semiconductor care combină două tipuri de conductivitate, care se disting prin lipsa sau excesul de electroni:

n—conductivitate;
p este conductivitatea.

Este format din doi semiconductori în care electronii materialului sursă absorb energia primită din fluxul solar, ceea ce le oferă un impuls suplimentar. Părăsind orbita sa, fluxul de electroni direcționat generează un fotocurent constant, care este utilizat în scopuri practice.

Aplicație în viața de zi cu zi

Scopul aplicatiei dispozitive similare este foarte larg și acoperă diverse industrii, printre care se remarcă următoarele domenii:

Microelectronica (ceasuri, calculatoare).
Electronice folosite în viața de zi cu zi ( baterii externe pentru smartphone-uri, tablete, laptop-uri).
Furnizarea de energie electrică atât pentru clădirile decomandate, cât și pentru zonele îndepărtate.
Utilizare în echipamente de comunicații mobile și diverse complexe.
Industria auto (vehicule electrice).
Industria spațială (stații spațiale).

Beneficiile utilizării

Printre alții surse alternative panourile solare au o gamă de energie avantaje incontestabile, și anume:

Sunt o sursă nevolatilă de energie și nu necesită întreținere complexă sau înlocuire a agregatelor sau conexiunilor. Îngrijirea maximă implică curățarea stratului de sticlă de contaminanții emergenti.
Acestea funcționează independent, nu necesită pornire și oprire și sunt întotdeauna în stare de funcționare. De asemenea, sunt silențioase și complet ecologice.
Perioada scurtă de rambursare.
Durata de viață este egală cu 25 de ani, în timp ce puterea elementelor nu scade în timpul funcționării. Potrivit producătorilor, reducerea puterii de ieșire nu ar trebui să fie mai mare de 5%.
Atunci când le utilizați, este posibil să configurați instalația finală în funcție de puterea și tensiunea necesară, ceea ce este problematic cu alte surse de energie.

Tipuri de dispozitive utilizate

După cum sa menționat deja, toate conțin fotocelule, care pot fi reprezentate de următorii semiconductori:

Panouri solare din silicon

În prezent, pentru producerea fotocelulelor se utilizează siliciul monocristalin, policristalin și amorf.

Fabricat din siliciu monocristalin. După cum sugerează și numele, principalul material din aceste dispozitive este siliciul purificat. De aspect sunt realizate sub forma unui fagure legat într-o singură structură. Siliciul monocristalin purificat structural este cea mai subțire napolitană (până la 300 de microni) conectată printr-o rețea de electrozi. Principalul lor avantaj este eficiența lor ridicată, care poate fi de până la 20%.
Elemente policristaline. Astfel de tipuri sunt mult mai ieftine decât versiunea anterioară datorită tehnologiei de fabricație mai simple (răcirea substanței de siliciu). Rețineți că formarea de policristale în interior duce la faptul că stabilitatea funcționării devine semnificativ mai scăzută, iar indicatorii de eficiență finali nu depășesc 18%.
Panouri solare din siliciu amorf. Ele pot fi clasificate fie ca film, fie ca siliciu, deoarece principalul material semiconductor din ele este silanul (sau siliciul hidrogen). O peliculă subțire de silan este aplicată pe un substrat special pregătit, care formează o fotocelulă. În ciuda faptului că eficiența este de numai aproximativ 5%, acest tip a găsit o largă aplicație. Fotocelulele au o absorbție bună a luminii, datorită căreia, în ciuda eficienței lor scăzute, sunt capabile să funcționeze în absența soarelui direct și pe vreme înnorată. În acest sens, se utilizează o combinație de celule monocristaline (sau policristaline) cu celule amorfe, deoarece secțiunile prefabricate sunt capabile să funcționeze în orice condiții meteorologice.

Panouri solare de film

Există două tipuri:

Pe baza de telurura de cadmiu. Au o eficiență scăzută (până la 10%) și o substanță toxică în compoziția lor, dar, în ciuda acestui fapt, costul lor scăzut determină popularitatea lor. Pe bază de seleniră de cupru-indiu. Principalele materiale folosite pentru a crea celule sunt cuprul, seleniul și indiul. Sunt și destul de ieftine, dar au o eficiență de aproximativ 20%.
Polimer. În momentul de față sunt mai populare datorită ieftinității și disponibilității lor. Polifenilena sau ftalocianina de cupru sunt folosite ca semiconductori. Eficiența este de doar 5%, însă, datorită disponibilității, ușurinței de instalare și instalare, precum și a siguranței mediului, acestea sunt utilizate nu numai în scopuri industriale, ci și casnice.

Eficienţă

La început, chiar și în stadiul apariției panourilor solare pe piață, eficiența a fost destul de scăzută, dar astăzi performanța acestora a crescut destul de mult. nivel inalt. Acum, pentru bateriile cu siliciu monocristalin ajunge la 24%, pentru cele policristaline – 20%, siliciu cu peliculă subțire – 15%, iar pentru cele cu film subțire pe bază de arseniură de galiu – 24%. Pentru panourile solare multistrat, randamentul ajunge la 30%.

Dacă apelăm la producătorii de astfel de dispozitive, cele mai bune baterii solare cu randament ridicat sunt reprezentate de următoarele companii:

Panourile create de Institutul Soitec & Fraunhofer sunt astăzi lideri în ceea ce privește eficiența utilizării. Eficienta ajunge la incredibila 46%, insa, datorita costului colosal, sunt folosite doar in domeniul stiintific si spatial.
Sharp este un lider incontestabil cu 55 de ani de experiență. Ei produc panouri solare pentru aproape toate industriile, de la calculatoare la stații spațiale. Acum eficiența produselor pe care le produc este panouri solare ajunge la 19,8%. În evoluțiile sale, compania a reușit să atingă o productivitate de 44,4%, însă aceste tehnologii sunt acum extrem de scumpe și nu sunt oferite pe piață.
Pe locul trei se află Institutul Spaniol IES (Institutul Spaniol de Cercetare Solară). Au reușit să atingă o eficiență de 32,6%.

Cu toate acestea, înapoi la pământ, numerele de mai sus sunt din domeniul înaltei tehnologii, care nu este încă disponibil pentru utilizare pentru proprietăți comerciale sau rezidențiale. Atunci când alegeți un sistem solar pentru casa dvs., cele mai eficiente panouri solare pe care le puteți găsi pe piață este puțin probabil să depășească o eficiență de 20%. Din partea noastră, vă putem recomanda să acordați atenție unor producători precum Amonix, Sun Power, SunTech Power, Q-Cells, Sanyo și First Solar.

Cum se calculează corect numărul de panouri solare

Pentru a determina numărul de baterii de instalat în casa dvs., trebuie să luați în considerare următorii factori:

Calculați cantitatea necesară de energie electrică în casă.
În funcție de locație (regiune), clarificați nivelul radiației solare pe tot parcursul anului. De obicei, datele sunt disponibile de la serviciile meteo locale.
Calculați puterea pe zi. În acest caz, este necesar să se țină cont de pierderile pentru încărcarea bateriei (nu mai mult de 20%) - W.
Luând în considerare coeficienții de vară și iarnă, obțineți puterea (ieșirea) a unei secțiuni pe zi N, cu factorul de corecție de vară fiind 0,5 și factorul de corecție de iarnă fiind de 0,7.
Împărțind W la N, obținem numărul necesar de baterii necesare pentru a satisface cererea de energie electrică.

Când calculăm, putem estima asta pentru regiuni zona de mijlocÎn Rusia, numărul de panouri necesare pentru a furniza energia electrică necesară iarna este de câteva ori mai mare decât vara.

În același timp, producția este afectată nu numai de puterea unei secțiuni individuale, ci și de unghiul său de înclinare, prezența sau absența acționărilor rotative și a dispozitivelor de concentrare. În orice caz, dacă nu există o generare de energie insuficientă, numărul de secțiuni poate fi mărit, ceea ce va ajuta la rezolvarea problemei.

Creșterea eficienței panourilor solare

Ținând cont de faptul că eficiența lor este destul de scăzută, producătorii, precum și utilizatorii, se confruntă cu problema acută a creșterii acesteia. Eficiența panourilor solare depinde de mulți factori, prin urmare, pentru a crește eficiența și productivitatea, ar trebui să respectați următoarele puncte:

Alegerea corectă a materialului. Spre deosebire de modelele policristaline, celulele indiu-galiu sau cadmiu-teluriu pot crește semnificativ productivitatea.
Poziționarea corectă a suprafeței secțiunii în unghi drept față de fluxul luminos, care se realizează prin instalarea de acționări și senzori speciali care răspund la direcția luminii.
Ca și în cazul oricărui alt dispozitiv, supraîncălzirea este extrem de periculoasă, prin urmare, odată cu instalarea panourilor, este necesar să se asigure un sistem de ventilație și răcire a acestora.
Evitați umbrele obiectelor înalte din apropiere, deoarece acest lucru poate reduce performanța instalării de mai multe ori.
Condiții de funcționare, întreținere corectă și la timp a tuturor componentelor incluse în panourile de comandă (unități, controlere, invertoare, baterii etc.).

Desigur, instalarea panourilor solare nu va rezolva complet problema alimentării autonome cantitatea necesară electricitate, dar va contribui la creșterea producției sale pentru a alimenta cel puțin unele aparate electrice.

Deținătorul recordului de eficiență printre bateriile solare disponibile astăzi pe piață sunt bateriile solare bazate pe fotocelule multistrat, dezvoltate de Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară din Germania. Din 2005, implementarea lor comercială este realizată de Soitec.

Dimensiunea fotocelulelor în sine nu depășește 4 milimetri, iar focalizarea lumina soarelui acestea sunt realizate prin utilizarea lentilelor de concentrare auxiliare, datorită cărora lumina saturată a soarelui este transformată în energie electrică cu o eficiență care ajunge la 47%.

Bateria conține patru joncțiuni p-n, astfel încât patru părți diferite ale fotocelulei să poată primi și converti eficient radiația cu o anumită lungime de undă, din lumina soarelui, concentrată de 297,3 ori, în intervalul de lungimi de undă de la infraroșu la ultraviolet.

Cercetătorii conduși de Frank Dimiroth și-au propus inițial sarcina de a crește un cristal multistrat și a fost găsită o soluție - au îmbinat substraturi de creștere, iar rezultatul a fost un cristal cu diferite straturi semiconductoare, cu patru subcelule fotovoltaice.

Fotocelulele multistrat au fost folosite de mult timp pe nave spațiale, dar acum stații solare bazate pe acestea au fost lansate în 18 țări. Acest lucru devine posibil datorită tehnologiei îmbunătățite și mai ieftine. În consecință, numărul țărilor dotate cu noi stații solare va crește și există o tendință de concurență pe piața de panouri solare industriale.

Pe locul doi se află bateriile solare bazate pe fotocelule Sharp cu trei straturi, a căror eficiență a ajuns la 44,4%. Fosfura de indiu galiu este primul strat al celulei solare, arseniura de galiu este al doilea, iar arseniura de indiu galiu este al treilea strat. Cele trei straturi sunt separate de un dielectric, care servește la obținerea unui efect de tunel.

Concentrația luminii pe fotocelula se realizează datorită unei lentile Fresnel, ca dezvoltatorii germani - lumina soarelui este concentrată de 302 de ori și convertită de o fotocelulă semiconductoare cu trei straturi.

Cercetarea științifică în dezvoltarea acestei tehnologii a fost efectuată în mod continuu de Sharp din 2003, cu sprijinul NEDO, o organizație a administrației publice japoneze care promovează cercetarea și dezvoltarea științifică, precum și diseminarea tehnologiilor industriale, energetice și de mediu. Până în 2013, Sharp atinsese un record de 44,4%.

Cu doi ani înainte de Sharp, în 2011, compania americană Solar Junction lansase deja baterii similare, dar cu o eficiență de 43,5%, ale căror elemente aveau dimensiuni de 5 pe 5 mm, iar focalizarea era efectuată și prin lentile, concentrând lumina soarelui de 400 de ori. Celulele solare erau celule pe bază de germaniu cu trei joncțiuni, iar echipa a plănuit chiar să creeze celule solare cu cinci și șase joncțiuni pentru a capta mai bine spectrul. Cercetările sunt încă în desfășurare de către companie.

Astfel, panourile solare realizate în combinație cu concentratoare, care, după cum vedem, sunt produse în Europa, Asia și America, au cea mai mare eficiență record. Dar aceste baterii sunt fabricate în principal pentru construcția de centrale solare la scară largă la sol și pentru alimentarea eficientă cu energie a navelor spațiale.

Recent, s-a stabilit un record în domeniul panourilor solare convenționale de consum, care sunt accesibile pentru majoritatea persoanelor care doresc să le instaleze, de exemplu, pe acoperișul unei case.

La mijlocul toamnei anului 2015, compania lui Elon Musk, SolarCity, a introdus cele mai eficiente panouri solare de consum, a căror eficiență depășește 22%.

Acest indicator a fost confirmat de măsurătorile efectuate de laboratorul Centrului de Testare a Energiei Regenerabile. Uzina Buffalo stabilește deja un obiectiv zilnic de producție de 9 până la 10 mii de panouri solare, ale căror caracteristici exacte nu au fost încă raportate. Compania intenționează deja să furnizeze anual cel puțin 200.000 de case cu bateriile sale.

Ideea este că optimizat proces tehnologic a permis companiei să reducă semnificativ costul de producție, sporind în același timp eficiența de 2 ori în comparație cu panourile solare de siliciu de consum. Musk este încrezător că panourile sale solare vor fi cele mai populare printre proprietarii de case în viitorul apropiat.

Data adaugarii: 30.04.2015

În zilele noastre, energia regenerabilă, în special acolo unde se utilizează energia solară, se dezvoltă foarte intens. În acest sens, continuă căutare activă metode și dispozitive, crescând productivitatea sistemelor existente care permit conversia cât mai eficientă a energiei solare în energie electrică. Aici se pot distinge două direcții - conversia directă a radiației solare în electricitate, și transformare multiplă energie solara- în căldură, apoi în lucru mecanic și apoi în electricitate. Până acum s-au obținut rezultate mai bune în a doua direcție - centralele solare industriale cu concentratoare, turbine sau motoare Stirling prezintă o productivitate excelentă în conversia energiei solare. Astfel, la o statie solara care functioneaza in New Mexico cu concentratoare solare si motoare Stirling s-a obtinut un randament de iesire de 31,25%, tinand cont de consumul de energie pentru sistemul de orientare etc.

Dar astfel de instalații solare sunt extrem de complexe și costisitoare, sunt eficiente în condiții de izolație solară foarte mare și nu au primit încă o dezvoltare suficientă în lume. Prin urmare, convertoare directe ale radiației solare - panouri solare , ocupă o poziție de lider în lumea energiei solare în ceea ce privește instalațiile și gama de aplicații. Productivitatea panourilor solare industriale seriale de astăzi, în funcție de tehnologie, variază de la 7 la 20%. Tehnologiile nu stau pe loc, se dezvoltă și se îmbunătățesc, deja sunt dezvoltate și testate celule noi, cel puțin de două ori mai productive decât cele existente. Să încercăm să luăm în considerare pe scurt principalele direcții de dezvoltare a panourilor fotovoltaice, tehnologii și productivitatea acestora.

Marea majoritate a celulelor convertoare solare ale fotomodulelor moderne în serie sunt realizate din siliciu monocristalin (C-Si) sau policristalin (MC-Si). Astăzi, astfel de module fotovoltaice de siliciu ocupă aproximativ 90% din piața convertoarelor fotovoltaice, dintre care aproximativ 2/3 este siliciu policristalin și 1/3 este monocristalin. Urmează modulele solare, ale căror fotocelule sunt realizate folosind tehnologia filmului subțire - metoda de depunere sau pulverizarea substanțelor fotosensibile pe diferite substraturi. Un avantaj semnificativ al modulelor realizate din aceste elemente este costul lor de producție mai mic, deoarece necesită aproximativ de 100 de ori mai puțin material în comparație cu plachetele de siliciu. Și până acum, cele mai puțin reprezentate sunt celulele solare cu multijoncțiune din așa-numitul tandem, sau celulele cu multijoncțiune.

Cotele de piață ale panourilor fotovoltaice cu diverse tehnologii:

Fotomodule cristaline de siliciu.

Eficiența celulelor modulului de siliciu este astăzi de aproximativ 15 - 20% (policristale - monocristale). Această cifră în ansamblu ar putea fi în curând crescută cu câteva procente. De exemplu, SunTech Power, unul dintre cei mai mari producători din lume de module de siliciu cristalin, și-a anunțat intenția de a lansa module fotovoltaice cu o eficiență de 22% în următorii doi ani. Probele de laborator existente de celule monocristaline arată o productivitate de 25%, policristaline - 20,5%. Eficiența maximă teoretică a elementelor de unijuncție de siliciu (p-n) este de 33,7%. Deși nu a fost atins, sarcina principală a producătorilor, pe lângă creșterea eficienței celulelor, este de a îmbunătăți tehnologia de producție și de a reduce costul fotomodulelor.

Poziționate separat sunt module foto de la Sanyo, produse folosind tehnologia HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) folosind mai multe straturi de siliciu, similar cu celulele multistrat în tandem. Eficiența unor astfel de elemente din C-Si monocristalin și mai multe straturi de nc-Si nanocristalin este de 23%. Aceasta este cea mai mare astăzi indicator de eficiență celule de module cristaline seriale, un fel de nano solar baterii.

Eficiența celulelor solare cu peliculă subțire.

Acest nume se referă la mai multe tehnologii diferite, a căror performanță va fi discutată pe scurt. În prezent, există trei tipuri principale de pelicule anorganice celule solare- folii de siliciu pe baza de siliciu amorf (a-Si), filme pe baza de telurura de cadmiu (CdTe) si filme de seleniura de cupru indiu galiu (CuInGaSe2, sau CIGS). Eficiența celulelor solare moderne cu peliculă subțire pe bază de siliciu amorf este de aproximativ 10%, fotomodule pe bază de telurura de cadmiu - 10-11% (First Solar company), pe bază de seleniură de cupru-indiu-galiu - 12-13% (solar japonez). module FRONTIERA SOLAR). Indicatori de eficiență ai celulelor pre-serie: CdTe au o eficiență de 15,7% (module MiaSole), iar celulele CIGS au o eficiență de 18,7% (EMPA). Eficiența celulelor solare individuale cu peliculă subțire este mult mai mare, de exemplu, datele privind performanța probelor de laborator ale celulelor de siliciu amorf este de 12,2% (United Solar), celulele CdTe - 17,3% (First Solar), celulele CIGS - 20,5% (ZSW). Până acum, convertoarele solare bazate pe pelicule subțiri de siliciu amorf conduc în volume de producție printre alte tehnologii cu peliculă subțire - volumul pieței globale de celule Si cu film subțire este de aproximativ 80%, celulele solare bazate pe telurura de cadmiu reprezintă aproximativ 18% din piață, iar seleniura de cupru-indiu-galiu este de 2%. Acest lucru se datorează, în primul rând, costului și disponibilității materiilor prime, precum și stabilității mai mari a caracteristicilor decât în structurile multistrat. La urma urmei, siliciul este unul dintre cele mai comune elemente din scoarța terestră, în timp ce indiul (elementele CIGS) și telurul (elementele CdTe) sunt împrăștiate și extrase în cantități mici. În plus, cadmiul (celule CdTe) este toxic, deși toți producătorii de astfel de module solare garantează reciclarea completă a produselor lor. De asemenea, procesul de degradare în elementele modulelor cu peliculă subțire decurge mai rapid decât celulele cristaline. Dezvoltare în continuare Dezvoltarea convertoarelor fotoelectrice pe bază de pelicule subțiri anorganice este asociată cu îmbunătățirea tehnologiei de producție și stabilizarea parametrilor acestora.

Celulele solare cu peliculă subțire includ, de asemenea, elemente fotosensibile cu peliculă subțire organică/polimerică și coloranți sensibilizați. În această direcție, utilizarea comercială a celulelor solare este încă limitată, totul se află în stadiul de laborator, precum și în îmbunătățirea tehnologiei viitorului producție în serie. O serie de surse au anunțat că eficiența elementelor bazate pe convertoare organice a ajuns la peste 10%: compania germană Heliatek - 10,7%, Universitatea din California UCLA - 10,6%. Un grup de oameni de știință de la un laborator de la EPFL a obținut o eficiență de 12,3% pentru celulele obținute din coloranți sensibilizați. În general, direcția elementelor organice cu peliculă subțire, precum și a coloranților fotosensibili, este considerată una dintre cele mai promițătoare. Se fac în mod regulat declarații despre atingerea unui alt record de eficiență, tehnologie care depășește zidurile laboratoarelor și, în curând, acoperă toate suprafețele disponibile cu convertoare solare foarte eficiente și ieftine - companiile Konarka, Dyesol, Solarmer Energy. Munca se concentrează pe creșterea stabilității caracteristicilor și reducerea costului tehnologiei.

Caracteristicile panourilor solare multijonction (multistrat, tandem).

Celulele unor astfel de elemente conțin straturi din diverse materiale, formând mai multe joncțiuni p-n. O celulă solară ideală ar avea, în teorie, sute de straturi diferite (joncțiuni pn), fiecare reglat la o gamă mică de lungimi de undă de lumină pe întregul spectru, de la ultraviolet la infraroșu. Fiecare tranziție absoarbe radiația solară la o anumită lungime de undă, acoperind astfel întregul spectru. Principalele materiale pentru astfel de elemente sunt compușii de galiu (Ga) - fosfură de galiu indiu, arseniura de galiu etc.

Una dintre soluțiile private pentru conversia întregului spectru solar este utilizarea prismelor care descompun lumina solară în spectre, concentrându-se pe elemente cu o singură joncțiune cu diferite game de conversie a radiațiilor. În ciuda faptului că cercetările în domeniul celulelor solare multijoncționale se desfășoară de două decenii, iar fotomodulele din astfel de celule funcționează cu succes în spațiu (baterii solare ale stației Mir, Mars Exploration Rover etc.), utilizarea lor practică pe pământ a avut început relativ recent. Primul produse comerciale pe astfel de elemente au intrat pe piață în urmă cu câțiva ani și au arătat rezultat excelent, iar cercetarea în această direcție atrage constant atenția. Faptul este că eficiența teoretică a celulelor cu două straturi poate fi de 42%, a celulelor cu trei straturi de 49% și a celulelor cu un număr infinit de straturi - 68% din lumina solară nefocalizată. Limita de productivitate a celulelor cu un număr infinit de straturi este de 86,8% la aplicarea radiației solare concentrate. Astăzi, rezultatele practice ale eficienței pentru celulele cu mai multe joncțiuni sunt de ordinul a 30% în lumina soarelui nefocalizat. Acest lucru nu este suficient pentru a compensa costul producerii unor astfel de celule - costul unei celule cu mai multe joncțiuni este de aproximativ 100 de ori mai mare decât cel al unei celule de siliciu cu o zonă similară, astfel încât modelele modulelor cu celule cu mai multe joncțiuni folosesc concentratoare pentru a focaliza lumina de 500 până la 1000 de ori. Un concentrator sub forma unei lentile Fresnel și a unei oglinzi parabolice colectează lumina solară dintr-o zonă de 1000 de ori mai mare decât suprafața celulei. Costul total al fotomodulelor realizate din celule multijoncțiune folosind concentratoare (CPV) este semnificativ redus ca preț datorită lentilelor și substraturilor ieftine, compensând costul ridicat de producție al celulei în sine. În același timp, productivitatea celulelor crește cu până la 40%.

Caracteristicile bateriilor solare. De exemplu, eficiența celulelor SolFocus care măsoară 5,5 mm x 5,5 mm este de 40% atunci când se folosesc concentratoare; iar dimensiunile medii ale celulelor în sistemele CPV variază de la 5,5 mm x 5,5 mm la 1 cm x 1 cm.Ce legătură are cu producția de 1 cm? celulele necesită 1/1000 din materie primă în comparație cu o celulă de productivitate similară realizată din siliciu cristalin. Pentru ca celulele cu mai multe joncțiuni să funcționeze cu eficiență maximă, este necesară o intensitate constantă ridicată a radiației solare; pentru aceasta se folosesc sisteme de orientare pe două axe ale sistemelor CPV. Locațiile pentru implementarea fermelor solare bazate pe module din celule multi-joncțiune cu concentratoare sunt regiuni cu insolație solară ridicată.

Eficiența maximă a celulelor multijoncțiuni, obținută în condiții de laborator folosind concentratoare, este în prezent de 43,5% (Solar Jonction) și se preconizează că va crește în următorii doi ani până la 50%.

După cum puteți vedea, astăzi există celule solare cu productivitate ridicată, fabricate conform diverse tehnologii, iar sarcina principală a producătorilor este de a reduce costul produsului final, adapta cercetare de laborator pentru producția de masă. În ciuda consumului redus de materii prime în celulele solare cu peliculă subțire, costul unor componente de diferite tipuri este destul de ridicat, la fel cum tehnologiile de producție în sine sunt consumatoare de energie. Stabilitatea pe termen lung a parametrilor rămâne discutabilă. Celulele solare multijonction sunt încă foarte scumpe, pentru maxim munca eficienta care necesită şi o concentraţie crescută a radiaţiei solare. Prin urmare, elementele din siliciu cristalin vor deține în viitorul apropiat o poziție de lider pe piața convertoarelor fotovoltaice, în scădere a prețului. Acestea vor fi înlocuite doar cu module eficiente și ieftine cu peliculă subțire, eventual realizate din semiconductori polimerici sau coloranți fotosensibili. Dar prognozarea dezvoltării acestei sau aceleia tehnologii nu este o sarcină plină de satisfacții. Așteaptă și vezi.

ÎN În ultima vreme Energia solară se dezvoltă într-un ritm atât de rapid

Recent, energia solară s-a dezvoltat într-un ritm atât de rapid încât, în 10 ani, ponderea energiei electrice solare în generarea anuală de electricitate globală a crescut de la 0,02% în 2006 la aproape 1% în 2016.

Dam Solar Park este cea mai mare centrală solară din lume. Putere 850 megawați.

Principalul material pentru centralele solare este siliciul, ale cărui rezerve pe Pământ sunt practic inepuizabile. O problemă este că eficiența celulelor solare cu siliciu lasă mult de dorit. Cele mai eficiente panouri solare au o eficiență de cel mult 23%. A in medie eficiența variază de la 16% la 18%. Prin urmare, cercetătorii din întreaga lume implicați în domeniul solar fotovoltaic lucrează pentru a elibera fotoconvertoarele solare de imaginea unui furnizor de energie electrică scumpă.

S-a derulat o adevărată luptă pentru a crea o supercelulă solară. Principalele criterii sunt eficiența ridicată și costul scăzut. Laboratorul Național de Energie Regenerabilă (NREL) din SUA emite chiar și un buletin informativ periodic care reflectă rezultate intermediare această luptă. Și fiecare episod arată câștigătorii și învinșii, străinii și parveniții care s-au implicat accidental în această cursă.

Lider: celulă solară multistrat

Aceste convertoare de heliu seamănă cu un sandviș din diferite materiale, inclusiv perovskit, siliciu și pelicule subțiri. În acest caz, fiecare strat absoarbe lumina doar de o anumită lungime de undă. Ca rezultat, aceste celule cu heliu multistrat, cu o suprafață de lucru egală, produc mult mai multă energie decât altele.

Eficiența record a fotoconvertoarelor multistrat a fost atinsă la sfârșitul anului 2014 de o echipă de cercetare comună germano-franceză condusă de Dr. Frank Dimroth de la Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară. A fost atinsă o eficiență de 46%. Această valoare fantastică a eficienței a fost confirmată de un studiu independent la NMIJ/AIST - cel mai mare centru de metrologie din Japonia.

Celulă solară multistrat. Eficiență – 46%

Aceste celule sunt formate din patru straturi și o lentilă care concentrează lumina solară asupra lor. Dezavantajele includ prezența germaniului în structura substratului, care crește ușor costul modulului solar. Dar toate deficiențele celulelor multistrat pot fi în cele din urmă eliminate, iar cercetătorii sunt încrezători că, în viitorul foarte apropiat, dezvoltarea lor va părăsi zidurile laboratoarelor și va intra în lumea mare.

Începătorul anului - Perovskitul

În mod destul de neașteptat, un nou venit a intervenit în cursa liderilor - perovskitul. Perovskitul este denumirea generală pentru toate materialele care au o anumită structură cristalină cubică. Deși perovskiții sunt cunoscuți de mult timp, cercetările asupra celulelor solare realizate din aceste materiale au început abia între 2006 și 2008. Rezultatele inițiale au fost dezamăgitoare: eficiența fotoconvertoarelor perovskite nu a depășit 2%. În același timp, calculele au arătat că această cifră ar putea fi cu un ordin de mărime mai mare. Într-adevăr, după o serie de experimente de succes, cercetătorii coreeni au primit în martie 2016 o eficacitate confirmată de 22%, ceea ce în sine a devenit o senzație.

Celulă solară perovskită

Avantajul celulelor perovskite este că sunt mai convenabile de lucrat și mai ușor de produs decât celulele de siliciu similare. Odată cu producția în masă de fotoconvertoare perovskite, prețul unui watt de electricitate ar putea ajunge la 0,10 USD. Dar experții cred că atâta timp cât celulele cu heliu perovskit ating eficiența maximă și încep să fie produse în cantități industriale, costul unui wat de electricitate „siliciu” poate fi redus semnificativ și poate ajunge la același nivel de 0,10 USD.

Experimental: puncte cuantice și celule solare organice

Acest tip de fotoconvertor solar este încă într-un stadiu incipient de dezvoltare și nu poate fi considerat încă un concurent serios pentru celulele cu heliu existente. Cu toate acestea, dezvoltatorul, Universitatea din Toronto, susține că, conform calculelor teoretice, eficiența celulelor solare bazate pe nanoparticule - puncte cuantice - va fi peste 40%. Esența invenției oamenilor de știință canadieni este că nanoparticulele - puncte cuantice - pot absorbi lumina în diferite intervale spectrale. Schimbând dimensiunea acestor puncte cuantice, va fi posibilă selectarea domeniului optim de funcționare a fotoconvertorului.

Celulă solară bazată pe puncte cuantice

Și având în vedere că acest nanstrat poate fi aplicat prin pulverizare pe orice bază, inclusiv transparentă, atunci aplicație practică Există perspective promițătoare pentru această descoperire. Și deși astăzi în laboratoare când lucrezi cu puncte cuantice a fost atins un indicator de eficiență de doar 11,5%, nimeni nu se îndoiește de perspectivele acestei direcții. Și munca continuă.

Fereastră solară – celule solare noi cu o eficiență de 50%.

Compania Solar Window din Maryland (SUA) a introdus o tehnologie revoluționară „sticlă solară” care schimbă radical ideile tradiționale despre panourile solare.

Anterior, au existat rapoarte despre tehnologiile transparente cu heliu, precum și că această companie promite că va crește semnificativ eficiența modulelor solare. Și, așa cum se arată ultimele evenimente, acestea nu au fost doar promisiuni, ci eficiență de 50% - nu mai sunt doar delicii teoretice ale cercetătorilor companiei. În timp ce alți producători tocmai intră pe piață cu rezultate mai modeste, Solar Window și-a prezentat deja dezvoltările sale de înaltă tehnologie cu adevărat revoluționare în domeniul fotovoltaicului cu heliu.

Aceste evoluții deschid calea pentru producția de celule solare transparente, care au o eficiență semnificativ mai mare în comparație cu cele tradiționale. Dar acesta nu este singurul avantaj al noilor module solare din Maryland. Noile celule cu heliu pot fi atașate cu ușurință pe orice suprafață transparentă (de exemplu, ferestre), pot funcționa la umbră sau atunci când iluminat artificial. Datorită costului lor scăzut, investițiile în dotarea unei clădiri cu astfel de module se pot amortiza în decurs de un an. Prin comparație, perioada de rambursare a panourilor solare tradiționale variază de la cinci la zece ani, ceea ce reprezintă o diferență uriașă.

Celule solare de la compania Solar Window

Compania Solar Window a anunțat câteva detalii despre noua tehnologie de producere a panourilor solare cu o eficiență atât de mare. Desigur, principalul know how a fost lăsat în afara ecuației. Toate celulele cu heliu sunt făcute în principal din material organic. Straturile de elemente constau din conductoare transparente, carbon, hidrogen, azot și oxigen. Potrivit companiei, producția acestor module solare este atât de inofensivă încât are un impact de 12 ori mai mic asupra mediului. mediu inconjurator decât producția de module tradiționale cu heliu. În următoarele 28 de luni, primele panouri solare transparente vor fi instalate în unele clădiri, școli, birouri și zgârie-nori.

Dacă vorbim despre perspectivele de dezvoltare a fotovoltaicilor cu heliu, este foarte probabil ca celulele solare tradiționale din siliciu să devină un lucru din trecut, dând loc unor elemente foarte eficiente, ușoare, multifuncționale, care deschid cele mai largi orizonturi pentru energia heliului. publicat

Astăzi există multă confuzie în jurul conceptului de eficiență a sistemului solar, care este criteriu important costul lor. Conceptul de eficiență a panoului solar se referă la procentul de lumină solară care cade pe un panou care este convertit în energie electrică pentru utilizare ulterioară. Materiale diferite pentru panourile solare creează eficiențe diferite, chiar și aceleași companii producătoare au eficiențe de conversie diferite. Creșterea eficienței este cea mai bună modalitate de a reduce costurile cu energia solară.

Eficiența unei celule solare depinde de curățenia plăcilor care sunt folosite ca materii prime în fabricație. În plus, este foarte important dacă panoul este monocristalin sau policristalin. Majoritatea companiilor mari își concentrează eforturile pe creșterea eficienței pentru a reduce costurile în folosire nemiloasă energie solara.

Să ne uităm la gama generală de eficiență a celulelor solare bazate pe diferite tipuri de celule și diferite tehnologii.

Există următoarele - siliciu policristalin sau monocristalin. Celulele multisolare au o eficiență mai mică decât bateriile fabricate din celule monocristaline.

Eficiența celulelor solare poate varia de la 12% la 20% pentru siliciul monocristalin convențional. În cele instalate de obicei, randamentul calculat este de 15% și depinde de tipul de siliciu în sine. Unii dintre producătorii mondiali îmbunătățesc în mod constant eficiența pentru a-și reduce costurile și a rămâne în fața rivalilor lor în această industrie competitivă. Alții maximizează eficiența celulelor solare cristaline folosind scară largă producție.

Celulele solare policristaline au un cost mai mic decât cele monocristaline și au o eficiență în intervalul 14-17%.

Tehnologia filmului subțire, spre deosebire de materialele carbon-siliciu, are o serie de avantaje.

Tehnologiile cu siliciu amorf C-Si au cele mai scăzute coeficient mediu eficienta, dar sunt cele mai ieftine.

Cupru-indiu-galiu-sulfură (CIGS) și cadmiu-telur (Cd-Te) au cel mai mare potențial de creștere a eficienței. Mulți producători avansează cu dezvoltarea acestei tehnologii și oferă unele dintre cele mai înalte rate de eficiență pentru modelele lor, crescând-o cu 19%. Ei au atins această valoare folosind mai multe metode, inclusiv utilizarea de acoperiri reflectorizante care pot captura mai multa lumina din colt.

Dacă justificăm dependența nu de material, ci de dimensiunile per total, apoi cu cât eficiența este mai mare, cu atât suprafața de lucru necesară a bateriilor este mai mică.

Cu toate că procentaj mediu poate părea puțin scăzut, este posibil să se schimbe cu ușurință echipamentul, tocmai în timpul instalării, cu putere suficientă pentru a acoperi necesarul de energie.

Factorii care afectează eficiența rețelelor solare includ:

Orientarea suprafeței de montare
În mod ideal, acoperișul ar trebui să fie orientat spre sud, dar calitatea designului poate compensa adesea alte direcții.

Unghiul de înclinare
Altitudinea și panta suprafeței pot afecta numărul de ore de lumină solară primite într-o zi medie pe tot parcursul anului. Sistemele comerciale mari au sisteme de urmărire solară care schimbă automat unghiul razei solare pe parcursul zilei. De obicei, nu este utilizat pentru instalații rezidențiale.

Temperatura
Majoritatea panourilor devin fierbinți în timpul utilizării. Prin urmare, de obicei, acestea trebuie instalate puțin deasupra nivelului acoperișului pentru a asigura un flux suficient de aer de răcire.

Umbră
În principiu, umbra este inamicul energiei solare Dacă alegeți un design nereușit în timpul instalării, chiar și o cantitate mică de umbrele de pe un panou pot opri producția de energie pentru toate celelalte elemente Înainte de proiectarea unui sistem, se efectuează o analiză detaliată a umbririi suprafeței de montare pentru a identifica posibile modele de umbră și lumină solară pe tot parcursul anului. Se efectuează apoi o altă analiză detaliată pentru a testa concluziile la care s-a ajuns.

Panouri solare conventionale cu Eficiență ridicată sisteme solare scara industriala instalat pe piloți la 80 cm deasupra solului, amplasați în direcția de la est la vest, de-a lungul mișcării soarelui, la un unghi de 25 de grade.