Коэффициент полезного действия солнечных батарей. Эффективность солнечных панелей
Наиболее распространенные мифы о солнечных батареях
Многие хозяева частных домов думают, что солнечная энергетика не для них. Аргументы бывают самые разные – данная технология еще не готова и она не окупает себя, их географическое положение не способствует развитию данного вида альтернативной энергетики и многие другие причины. Однако существует множество различных сайтов, где описываются последние новинки альтернативной энергетики, множество продавцов солнечных панелей и вспомогательных компонентов к ним. На этих сайтах подробно описаны все технологии и их преимущества. В данной статье мы постараемся развенчать основные мифы, которые тормозят внедрение солнечных батарей в домохозяйства.
Солнечные батареи не работают в холодном климате
На самом деле большинство солнечных панелей работает значительно лучше при невысоких температурах. Естественно при наличии солнечного света. Невысокие температуры значительно улучшают проводимость p-n перехода, чем улучшают переток энергии световых волн в электрическую. При высоких температурах проводимость p-n перехода снижается.
Технологии солнечных батарей постоянно развиваются
Еще одно популярное заблуждение. Многие потенциальные пользователи альтернативной энергетики считают нерентабельным установку панелей именно из-за их постоянного прогресса. Технология преобразования энергии практически не изменилась с момента ее открытия в 1960 году. Меняются лишь технологии производства солнечных батарей, которые, конечно же, привносят определенные изменения в ценовую и преобразующую составляющую. Однако, постоянное ожидание некого «прорыва», как правило, приводит к постоянному откладыванию реализации проекта.
Срок окупаемости слишком велик
Да, действительно этот вопрос актуален. Срок полной окупаемости установки солнечных батарей, в зависимости от места расположения, составляет в среднем от 6 до 15 лет. Если добавить участие во всяких государственных и специальных кредитных программах для альтернативной энергетики срок окупаемости вполне реально снизить до 2 – 4 лет. Более того, установка солнечных батарей вполне может повысить стоимость недвижимости при продаже. При грамотном подходе установка систем альтернативной энергетики может оказаться вполне выгодным капиталовложением.
Солнечным панелям необходима специальная система для получения максимальной мощности
Если монтаж фотоэлементов выполнен правильно, и они располагаются таким образом, чтобы получать максимальную эффективность от попадающих на него солнечных лучей, то установка систем слежения может и не понадобится. Некоторые системы действительно используют регулировку угла наклона панелей в течении дня, или используются специальные инверторы с возможностью слежения за точкой максимальной мощности. Но дополнительные расходы будут окупаться повышением эффективности.
Работа солнечных батарей значительно ухудшается в облачную или снежную погоду
Снежная и пасмурная погода действительно влияет на производительность солнечных батарей, но при этом их эффективность не снизится до нуля – они по-прежнему будут генерировать электроэнергию. В случае снежного климата, большинство панелей устанавливается под углом для соскальзывания снега с их поверхности, а также наличия дождя способствуют очищению поверхности батареи от мусора, повышая, таким образом, их эффективность.
Солнечные панели непривлекательны
Профессиональные монтажники вполне могут разместить панели на любой уклон крыши и практически под любым углом, в любом положении. Они не повредят крышу домовладельца, в некоторых случаях даже наоборот, смогут ее защитить. В последнее время начала выпускаться специальная солнечная черепица, которая имеет довольно хороший дизайн и вполне может вписываться в современные строения. Тем более, что установку батарей можно произвести в местах, где их визуальное влияние будет минимально. Если у вас большой двор, то солнечные панели могут устанавливаться на земле.
Солнечные панели нуждаются в постоянном уходе
Солнечные батареи являются надежными устройствами и нуждаются в минимальном обслуживании. Многие поставщики рекомендуют ежегодные проверки панелей и производительности систем, а некоторые предлагают пожизненные гарантии для этих устройств. Но имейте ввиду, что подсистемы (инверторы, аккумуляторные батареи) могут требовать дополнительного обслуживания и ухода.
Только некоторые государства предлагают специальные программы для альтернативной энергетики
Как правило, большинство государств в мире всячески стимулирует развитие альтернативной энергетики. Существуют также специальные «зеленые тарифы», по которым пользователи альтернативной энергетики могут продавать электрическую энергию энергокомпаниям.
Обязательна установка аккумуляторных батарей
Некоторые домашние системы альтернативной энергетики не хранят электроэнергию в батареях. Они подключаются к электросети через инверторы и в случае избытка вырабатываемой электроэнергии отдают ее в сеть. Но, существует практика и с установкой аккумуляторных батарей, что приводит к удорожанию системы и увеличению ее габаритных показателей, так как аккумуляторы устройства довольно объемные.
elenergi.ru
Сроки службы и окупаемости солнечных батарей —
Дата публикации: 1 ноября 2013
Ежедневно на нашу планету поступают миллиарды киловатт солнечной энергии. Люди уже давно начали использовать эту энергию для своих нужд. С течением прогресса для преобразования энергии солнечного света стали использовать солнечные батареи. Но эффективны ли эти приборы? Сколько составляет КПД солнечных батарей, и от чего он зависит? Каков их срок окупаемости и как можно вычислить рентабельность использования солнечных батарей? Эти вопросы волнуют каждого, кто планирует или уже решил приобрести солнечные панели, поэтому этой актуальной теме посвящена настоящая статья.
Давайте вкратце разберем, на чем основан принцип действия солнечных панелей. В основе лежит физическое свойство полупроводников. Вследствие выбивания фотонами света электронов с внешней орбиты атомов, образуется достаточно большое количество свободных электронов. После замыкания цепи и возникает электрический ток. Но, как правило, одного-двух фотоэлементов для получения достаточной мощности не хватает, поэтому, в состав солнечных модулей чаще всего входит несколько солнечных батарей. Чем больше фотоэлементов соединяют вместе, то есть чем больше площадь солнечных панелей, тем больше и производимая ими мощность. Помимо площади панелей ощутимое влияние на производимую мощность оказывают интенсивность солнечного света и угол падения лучей.
Разбираем понятие КПД
Значение КПД панели получают путем деления мощности электрической энергии на мощность солнечного света, падающего на панель. На сегодняшний день среднее значение этого показателя на практике составляет 12-25%, в теории же эта цифра приближается к 80-85%. В чем же причина такой большой разницы? В первую очередь, это зависит от используемых для изготовления солнечных панелей материалов. Как уже известно, основной элемент, входящий в состав панелей, это кремний. Один из главных недостатков этого вещества – способность поглощать лишь инфракрасное излучение, то есть энергия ультрафиолетовых лучей тратится впустую. Поэтому одно из основных направлений, в котором работают ученые, пытающиеся увеличить КПД солнечных панелей – это разработка многослойных модулей.
Многослойные батареи представляют собой конструкцию, состоящую из слоев различных материалов. Их подбирают в расчете на кванты разной энергии. То есть один слой поглощает энергию зеленого цвета, второй – синего, третий – красного. В теории различные комбинации этих слоев могут дать значение КПД 87%. Но это, к сожалению, лишь теория. Как показывает практика, изготовление подобных конструкций в производственных масштабах очень трудоемкое занятие, да и стоимость таких модулей очень высока.
На КПД солнечных модулей влияет и вид используемого кремния. Панели, изготовленные из монокристаллического кремния, имеют более высокий коэффициент полезного действия, нежели панели из поликристаллического кремния. Но и цена монокристаллических батарей выше.
Основное правило: при более высоком КПД для генерации электроэнергии заданной мощности потребуется модуль меньшей площади, то есть в состав солнечной панели будет включено меньшее количество фотоэлементов.
Как быстро окупятся солнечные батареи?
Стоимость солнечных батарей сегодня достаточно высока. А с учетом небольшого значения КПД панелей, вопрос их окупаемости очень актуален. Срок службы батарей, работающих от солнечной энергии, составляет порядка 25 и более лет. О том, чем обусловлен столь долгий срок эксплуатации, мы поговорим чуть позже, а пока выясним озвученный выше вопрос.
На срок окупаемости влияют:
- Тип выбранного оборудования. Однослойные фотоэлементы имеют более низкий КПД в сравнении с многослойными, но и гораздо меньшую цену.
- Географическое положение, то есть чем больше солнечного света в Вашей местности, тем быстрее окупится установленный модуль.
- Стоимость оборудования. Чем больше средств Вы потратили на приобретение и монтаж элементов, входящих в состав солнечной системы энергосбережения, тем длиннее срок окупаемости.
- Стоимость энергоресурсов в Вашем регионе.
Средние цифры срока окупаемости для стран Южной Европы составляют 1,5-2 года, для стран Средней Европы – 2,5-3,5 года, а в России срок окупаемости равен примерно 2-5 годам. В ближайшем будущем эффективность солнечных батарей значительно увеличится, связано это с разработкой более совершенных технологий, позволяющих увеличивать КПД и снижать себестоимость панелей. А как следствие уменьшится и срок, в течение которого система энергосбережения на солнечной энергии окупит себя.
Сколько прослужат солнечные батареи?
В состав солнечных панелей не входят механические подвижные части, поэтому они достаточно надежны и долговечны. Как уже упоминалось выше, срок их службы составляет более 25 лет. При правильной эксплуатации они могут прослужить и 50 лет. Большим плюсом является то, что столь долгий срок службы обходится без крупных поломок, достаточно лишь систематически очищать зеркала фотоэлементов от пыли и других загрязнений. Это необходимо для лучшего поглощения энергии, а, следовательно, и для более высокого показателя КПД.
Долгий период службы является одним из главных критериев при принятии решения «приобретать или нет солнечные батареи». После того как батареи окупят сами себя, получаемая Вами электрическая энергия, будет абсолютно бесплатной. Даже если период окупаемости будет максимальным (порядка 6 лет), Вы как минимум 20-25 лет не будете платить за энергоресурсы.
Последние разработки, увеличивающие показатель КПД
Чуть ли не каждый день ученые по всему миру заявляют о разработке нового метода, позволяющего увеличить коэффициент полезного действия солнечных модулей. Познакомимся с самыми интересными из них. В прошлом году компания Sharp представила общественности солнечный элемент, эффективность которого составила 43,5%. Этой цифры они смогли добиться с помощью установки линзы для фокусировки энергии непосредственно в элементе.
Не отстают от компании Sharp и немецкие физики. В июне 2013 года они представили свой фотоэлемент площадью всего в 5,2 кв. мм, состоящий из 4-х слоев полупроводниковых элементов. Такая технология позволила добиться КПД в 44,7%. Максимальная эффективность в данном случае также достигается за счет помещения вогнутого зеркала в фокус.
В октябре 2013 года были опубликованы результаты работ ученых из Стэнфорда. Они разработали новый жаропрочный композит, способный увеличить производительность фотоэлементов. Теоретическое значение КПД составляет около 80%. Как мы писали выше, полупроводники, в состав которых входит кремний, способны поглощать лишь ИК-излучение. Так вот действие нового композитного материала направлено на перевод высокочастотного излучения в инфракрасное.
Следующими стали английский ученые. Они разработали технологию, способную увеличить эффективность элементов на 22%. Они предложили на гладкой поверхности тонкопленочных панелей разместить наношипы из алюминия. Этот металл был выбран по причине того, что солнечный свет им не поглощается, а, наоборот, рассеивается. Следовательно, увеличивается количество поглощаемой солнечной энергии. Отсюда и рост производительности солнечной батареи.
Здесь приведены лишь основные разработки, но дело ими не ограничивается. Ученые борются за каждую десятую долю процента, и пока им это удается. Будем надеяться, что в ближайшем будущем показатели эффективности солнечных батарей будут на должном уровне. Ведь тогда и выгода от использования панелей будет максимальной.
Статью подготовила Абдуллина Регина
В Москве уже применяют новые технологии освещения улиц и парков, я думаю, там экономическая эффективность была просчитана:
altenergiya.ru
КПД солнечных батарей и факторы влияющие на увеличение производительности
Содержание:
- Влияние на производительность различных факторов
- Обнадеживающие перспективы развития
Постоянно осваивая все новые рубежи, солнечная энергетика движется вперед, поднимая значение КПД солнечных батарей на новые уровни. Не секрет, что производительность, которую выдают солнечные батареи, не может соперничать с устоявшимися источниками энергии. Виной всему низкая производительность существующих панелей.
Влияние на производительность различных факторов
Повышение коэффициента полезного действия солнечных модулей – головная боль всех исследователей, работающих в данном направлении. На сегодняшний день КПД подобных устройств находится в пределах от 15 до 25 %. Процент очень низкий. Солнечные батареи являются крайне прихотливым устройством, стабильная работа которых зависит от множества причин.
К основным факторам, которые могут двояко влиять на производительность, можно отнести:
- Материал основы солнечных батарей. Самым слабым в этом плане является поликристаллические солнечные батареи, имеющие КПД до 15 %. Перспективными же можно считать модули на основе индий-галлия или кадмий-теллура, имеющие до 20% производительности.
- Ориентация приемника солнечного потока. В идеале, солнечные батареи своей рабочей поверхностью должны быть обращены к солнцу под прямым углом. В таком положении они должны находиться как можно больший период времени. Для увеличения продолжительности правильного позиционирования модулей в области солнца, более дорогие аналоги имеют в своем арсенале устройство слежения за солнцем, которое поворачивает батареи вслед за движением светила.
- Перегрев установок. Повышенная температура негативно сказывается на выработке электроэнергии, поэтому при установке необходимо обеспечить достаточную вентиляцию и охлаждение панелей. Этого добиваются устройством вентилируемого зазора между панелью и поверхностью установки.
- Тень отбрасываемая любым предметом, может значительно испортить показатели КПД всей системы.
Выполнив все требования, и по возможности установив панели в нужном положении, можно получить солнечные батареи с высоким КПД. Именно высоким, а не максимальным. Дело в том, что расчетный, или теоретический КПД, это величина, выведенная в лабораторных условиях, при средних параметрах продолжительности светового дня и количества пасмурных дней.
На практике, конечно же, процент полезного действия будет ниже.
Подбирая солнечные батареи для своего дома, лучше ориентироваться на нижний предел производительности, а не на верхний. Выбрав, таким образом, солнечные модули и все надлежащие для работы компоненты, можно быть уверенным в достаточной мощности устанавливаемой установки. Выбрав нижний предел производительности при расчетах, можно сэкономить на покупке дополнительных панелей, которые покупаются для перестраховки, на случай нехватки мощности.
Обнадеживающие перспективы развития
На сегодняшний день абсолютный рекорд КПД в солнечной энергетике принадлежит Американским разработчикам и составляет 42,8 %. Это значение на 2 % выше предыдущего рекорда 2010 года. Рекордное количество энергии удалось добиться при усовершенствовании солнечной батареи из кристаллического кремния. Уникальностью такого исследования служит тот факт, что все замеры были проведены исключительно в рабочих условиях, то есть не в лабораторных и тепличных помещениях, а в реальных местах предполагаемой установки.
В кулуарах все тех же технических лабораторий не прекращаются работы по увеличению последнего рекорда. Следующая цель разработчиков – граница КПД солнечных модулей в 50 %. С каждым днем человечество все ближе приближается к тому моменту, когда солнечная энергия полностью заменит вредные и дорогие, используемые в настоящее время, источники энергии, и станет в один ряд с такими гигантами как гидроэлектростанции.
Похожие публикации:Подписаться на рассылку
Подписатьсяekobatarei.ru
от чего зависит эффективность работы
Солнечные батареи — уникальный преобразователь энергии световых лучей в электричество с неограниченным внешним источником. Постоянно растущий спрос на данную продукцию обусловлен доступностью и экологичностью энергоснабжения без расхода теплоносителя, а также экономической окупаемостью за 2 года при минимальном сроке службы панелей в 25 лет.
Оглавление:
- Значения КПД различных батарей
- От чего зависит эффективность?
Основой служат полупроводники или пленочные полимеры, пластина из слоев разной полярности преобразует свет в направленное движение электронов — это физическое явление неизменно для всех солнечных батарей. Вместе с тем такое исполнение ограничивает эффективность фотопреобразователей, часть энергии фотонов неизбежно теряется при прохождении границы p-n перехода. На практике на коэффициент полезного действия батарей влияют многие факторы: материал, площадь, расположение, интенсивность светового потока, что учитывается при покупке и эксплуатации.
Зависимость КПД от вида фотопреобразователей
Данный показатель определяется как процентное отношение вырабатываемой электрической энергии к мощности падающего солнечного света. На величину влияет чистота пластины и ее структура: пленочная, поли- или монокристаллическая. Последние виды относятся к самым дорогим и долго окупаемым, доступные солнечные батареи с высоким КПД для дома пока что производят только из слоев кремния разной полярности. Менее эффективными являются панели из террурида кадмия и CIGS, выпускаемые на основе пленочной технологии. КПД кадмиевых батарей составляет всего 11 %, но они дешевы и достаточно надежны в эксплуатации. Чуть выше показатель у пленки с нанесенными частицами галлия, меди, индия и селена, фотоэлементы CIGS эффективны на 15 %.
Для сравнения: КПД кремниевых преобразователей монокристаллического типа — 25 %, а у тонкопленочных или аморфных субмодулей из того же материала — максимум 10, устройства на основе органических полимеров имеют минимальное значение — 5 %. Многое зависит от площади панели, одиночные фотоэлементы ограничены в генерировании электричества.
Величина КПД маленьких солнечных батарей не позволяет использовать их для полноценного энергоснабжения, но их достаточно для запуска некоторых видов электроники. В любом случае, повышение эффективности устройств и минимизация их себестоимости является приоритетной задачей современной энергетики.
Факторы, влияющие на эффективность солнечных батарей
Коэффициент полезного действия зависит не только от применяемого материала и технологии, но и от целого комплекса внешних условий:
1. Интенсивности светового потока. В свою очередь этот показатель связан с географическими координатами расположенной батареи, в частности — с широтой.
2. Угла наклона конструкции. В идеале следует установить солнечные батареи, меняющие его, исходя из градиента падения лучей. Такая система стоит дороже, но она позволяет аккумулировать внушительное количество электричества (до 40–60 %) и меньше зависеть от сезона и времени суток.
3. Температуры окружающей среды. Нагрев плохо влияет на фотоэффект, вентилируемые батареи имеют очень высокий КПД. Как ни парадоксально, но в морозную ясную погоду они вырабатывают больше энергии, чем в жару (хотя общий кумулятивный эффект снижается из-за короткого светового дня).
4. Времени года. На практике КПД солнечных панелей зимой уменьшается в 2–8 раз, но это не связано с выпадением снега: на темной поверхности он быстро тает, кроме того — фотопреобразователи отлично воспринимают рассеянный свет.
5. Запыленности. Чем чище внешняя часть солнечных батарей, тем большее количество фотонов будет преобразовано, поэтому для повышения КПД рабочие поверхности рекомендуется протирать как минимум раз в два года.
6. Тени. Не секрет, что коэффициент полезного действия для солнечных батарей в пасмурную погоду значительно снижается, в туманных и дождливых районах их нет смысла ставить, то же относится и к затененным участкам. Панели нежелательно монтировать в тени высоких деревьев или соседних домов, при выборе месторасположения приоритет отдается южной стороне.
termoframe.ru
Повышена эффективность солнечных панелей
Группа ученых из Швейцарии разработала органические солнечные батареи
Группа ученых из Швейцарского федерального института по материаловедению и технологиям разработала органические солнечные батареи с высоким фактором прозрачности и эффективности. Панели могут использоваться для покрытия больших площадей, в том числе окон, крыш и теплиц.
Полупрозрачные органические солнечные панели (ОСП) не требуют больших затрат в производстве и подходят для различных поверхностей. Но главная проблема батарей такого типа — это уровень конверсии. Инженерам приходится выбирать или прозрачность, или эффективность преобразования энергии. Исследователям из Швейцарского федерального института по материаловедению и технологиям удалось решить эту проблему.
Обычно роль активных материалов в ОСП выполняет двухкомпонентная смесь из впитывающего свет донорского полимера и фуллеренового акцептора. Чтобы повысить прозрачность панели приходится уменьшать плотность двухкомпонентной пленки. В результате эффективность преобразования энергии снижается, так как тонкий слой впитывает меньше солнечного света.
Швейцарские ученые использовали трехкомпонентную смесь, добавив гибкое и прозрачное электродное покрытие, которое наносится в процессе ламинирования панели. Также инженеры дополнили полимерно-фуллериновый слой специальным красителем, который впитывает свет только в ближнем инфракрасном диапазоне. В результате группа ученых получила органические солнечные панели с показателем прозрачности 51% и эффективностью преобразования энергии 3% — больше, чем у аналогов. Результаты исследования были опубликованы в журнале STAM.
В мае ИМЕК (Микро- и наноэлектронный научный центр в Левене) представил первый полупрозрачный перовскитовый модуль с рекордным уровнем конверсии 12%. В сочетании с традиционными кремниевыми элементами такие панели могут дать 20,2% эффективности. опубликовано econet.ru
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet
econet.ru
Эффективность солнечных панелей - Строительство
Стоимость солнечных батарей напрямую зависит от их эффективности (коэффициента полезного действия) – способности преобразовывать излучение солнца в электричество. При одинаковом количестве солнечного света, попадающего в течение одного и того же времени на две солнечные батареи с разной эффективностью, более эффективная панель будет производить больше электроэнергии, чем менее эффективная. Данный показатель выражается в процентах и обязательно указывается в паспорте. По мнению многих покупателей и экспертов, он является важнейшей характеристикой изделия, но стоит ли переплачивать за бо́льшую производительность?
Что такое КПД фотомодулей?
Это процентное отношение генерируемого электричества к мощности падающего света. Величина зависит от структуры и чистоты пластин фотоэлементов, образующих панели. У кадмиевых электрогенерирующих устройств коэффициент полезного действия достигает 11%, у CIGS (состав – селен, медь, индий, галлий) – 15%, у полимерных изделий (органические полупроводники) – 6,5%. Наиболее востребованными на рынке являются кремниевые модули. Они не самые продуктивные, но производятся из доступного сырья – кварцевого порошка. КПД самых эффективных на рынке кремниевых модулей SunPower – до 22,5%. У большинства же изделий этот показатель варьирует в пределах 14–16%.
Для наглядности сравним показатели эффективности фотопанелей от некоторых известных для Украины производителей.
Какое значение имеет эффективность
Высокая цена солнечных панелей https://eco-tech.com.ua/g11422607-solnechnye-paneli-fotomoduli заставляет покупателей искать оптимальные варианты производительности. Если ваша цель – продавать как можно больше электричества по «зеленому» тарифу, отдайте предпочтение монокристаллическим панелям: у них самый высокий КПД. Этот же тип целесообразно использовать при ограниченной площади кровли. В остальных случаях, например, для автономной системы электроснабжения достаточно будет поликристаллических модулей.
Желающим купить солнечные панели в Украине не стоит забывать и про внешние факторы, влияющие на эффективность батарей. Генерация зависит от интенсивности светового потока, запыленности, наличия/отсутствия тени, угла наклона. Зимой КПД фотопанелей из-за недостаточной инсоляции может снижаться в 2–8 раз. Летом продуктивность устройств падает из-за перегрева. Повысить производительность фотоэлектрических батарей на 15–40% позволяет использование МРРТ контроллеров, оптимизаторов мощности, трекерных установок.
obystroy.com
Новая Солнечная батарея с более высоким КПД , которая будет стоить меньше чем её коллеги | Пелинг Инфо солнечные батареи
Солнечная или фотоэлектрические (PV), модули, которые преобразуют солнечный свет в электрическую энергию, имеют большую роль в стимулировании выработки солнечной энергии во всем мире, но исследователи до сих пор сталкиваются с ограничениями для расширения масштабов этой технологии. Например, разработка очень высокоэффективных солнечных батарей, с более высоким КПД остается первостепенной задачей. Помимо КПД, современные исследовательские институты так же закладывают и себестоимость производства солнечных клеток на сегодняшний день.
Команда исследователей из MIT и Масдар институт науки и техники, возможно, нашли компромисс между эффективностью и затратами. Команда разработала новую солнечную ячейку, которая сочетает в себе два различных слоя, поглощающего материала, чтобы собрать более широкий спектр солнечной энергии. Исследователи называют устройство “ступенчатым модулем”, так как эти два слоя расположены ступенчато. Такая слоистая, или “многопереходная,” солнечная батарея, как правило дорога в изготовлении, но исследователи также использовали новый и недорогой производственный процесс для их изготовления.
Команда может достичь теоретической эффективности выше 40 процентов и оценили практическую эффективность на 35 процентов, что побудило главных исследователей команды, планировать запуск компании коммерциализировать многообещающий фотоэлемент.
Фицджеральд, который запустил несколько стартапов, в том числе AmberWave Systems Corporation, Paradigm Research LLC, и 4Power LLC, считает, что шаг клетки могут быть готовы для рынка PV в течение следующего года или двух.
Команда представила свое первоначальное доказательство правильности концепции ступенчатого модуля в июне на 43 – й IEEE фотоэлектрической конференции специалистов в Портленде, штат Орегон. Исследователи также сообщили о своих результатах на 40 – м и 42 – м ежегодных конференций, а также в Журнале прикладной физики и IEEE Journal фотоэлементов .
Помимо кремния
Традиционные кремниевые кристаллические солнечные элементы, которые рекламировали как золотой стандарт в отрасли с точки зрения эффективности более десяти лет, являются относительно дешевыми в изготовлении, но они не очень эффективны при преобразовании солнечного света в электричество. В среднем, солнечные панели, изготовленные из кремния на основе солнечных элементов имеют КПД в пределах 15 и 20 процентов.
Низкая эффективность кремниевых, модулей обусловлена не восприимчивостью их к , излучению синего, зеленого и желтого световых волн, в электрическую энергию. Вместо этих световых волн кремний может эффективно преобразовывать только красный спектр световых волн в электрическую энергию.
Для того, чтобы использовать более высокий отрезок спектра нашего светила, ученые исследовали различные полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия и фосфида галлия. И они получили более высокую эффективность, чем кремний, самую высокую эффективность солнечных элементов смогли добиться при использование этих полупроводников поверх друг друга тонкой пленкой, чтобы каждый из них мог поглотить свой электромагнитный спектр.
Эти слоистые солнечные элементы могут достигать теоретического КПД свыше 50 процентов, но их очень высокие производственные затраты вытесняют их использование в дорогостоящую нишу, таких как на спутниках, где высокие затраты менее важны, чем малый вес и высокую эффективность.
Данные модули могут быть изготовлены на порядок дешевле, так как ключевой компонент изготавливается на подложке, которая может быть использована повторно. Устройство может, таким образом, способствовать росту коммерческого применения высокоэффективных, многопереходных солнечных батарей на промышленном уровне.
Проще говоря
На кремниевый элемент накладываются тонкие слои на основе арсенида галлия фосфид (GaAsP), в следствии чего, поверхность солнечного модуля поглощает и эффективно преобразует больше энергий фотонов, при низкой стоимости кремниевых солнечных батарей.
Галлий арсенид фосфид не могут быть выращены непосредственно на кремнии, так как ее кристаллические решетки значительно отличаются от кремния, поэтому кристаллы кремния деградируют Вот почему мы выращивали арсенида фосфид галлия на кремниевой германия – “Она обеспечивает более стабильную основу,” объясняет Nayfeh.
Проблема с слоем GaAsP является то, что SiGe поглощает более низкие энергии световых волн, прежде чем он достигнет нижнего слоя кремния, и SiGe не преобразует эти низко энергетические световые волны в ток.
“Чтобы улучшить показатели пропускания мы и решили применить ступенчатое применение слоев для повышения эффективности солнечного модуля на основе арсенида галлия и кремния фосфата,” говорит Nayfeh.
Поскольку тандем клетки соединены друг с другом, а не создается в виде монолитного фотоэлемента (где все слои выращена на одной подложке), то SiGe, может быть удален и повторно нанесен несколько раз, что значительно снижает затраты на производство.
“Добавим, что один слой арсенида галлия фосфида действительно может повысить эффективность солнечных батарей, но из-за уникальной способности стравливают германий кремния и его повторного использования, стоимость поддерживается на низком уровне, потому что вы можете окупить эти затраты кремния германий в течение изготовления многих клеток, “добавляет Fitzgerald.
peling.ru
