Saulės elementų ir modulių efektyvumas

Kiekvienais metais energijos trūkumo ir aplinkos taršos problemos vis aštrėja: senka iškastiniai ištekliai, nuolat auga žmonių suvartojama elektros energija. Šiame kontekste visiškai nenuostabu, kad mokslininkai ir toliau tobulina alternatyvius elektros gamybos būdus.

Kartu su kitais švariais šaltiniais, tokiais kaip vėjas, potvyniai, jūros bangos, žemės šiluma ir kiti, nepraranda savo svarbos ir saulės elektrinių, tradiciškai pagamintas iš baterijų, kurių pagrindą sudaro fotovoltiniai elementai. Pagrindinis reikalavimas saulės elementams – kuo didesnis efektyvumas, kuo didesnis saulės spinduliuotės pavertimo elektra efektyvumas.

Saulės elementų trūkumas yra tas, kad nors radiacijos srautas (spinduliuojantis iš Saulės ir pasiekiantis Žemę) turi specifinę galią viršutinėje atmosferos riboje apie 1400 W/m2, vis dėlto debesuotame ore netoli Žemės paviršiaus Europos žemyne ​​pasirodo tik 100 W / kv.m. ir dar mažiau.

Saulės elemento, modulio, matricos efektyvumas – Saulės elemento, modulio, baterijos elektros išėjimo santykis su saulės energijos srauto tankio sandauga atitinkamai elemento, modulio, akumuliatoriaus plote.

Saulės elektrinės naudingumo koeficientas – per tą patį laiko intervalą gaunamos elektros energijos ir saulės energijos santykis su paviršiumi, kuris sudaro saulės elektrinės ploto projekciją plokštumoje, kuri yra normali saulės spinduliams. .

Populiariausios šiandieninės saulės baterijos leidžia išgauti elektros energiją iš saulės spindulių, kurių efektyvumas yra nuo 9 iki 24%. Vidutinė tokio akumuliatoriaus kaina yra apie 2 eurus už vatą, o pramoninė elektros gamyba iš fotovoltinių elementų šiandien kainuoja 0,25 euro už kWh. Tuo tarpu Europos fotoelektros asociacija prognozuoja, kad iki 2021 metų pramoniniu būdu pagamintos „saulės“ elektros kaina sumažės iki 0,1 euro už kWh.

Viso pasaulio mokslininkai stengiasi pagerinti savo efektyvumą fotoelementai… Kasmet pasirodo naujienų iš įvairių institutų, kur mokslininkams vėl ir vėl pavyksta sukurti rekordinio efektyvumo saulės modulius, naujos cheminės sudėties saulės modulius, efektyvesnius koncentratorius ir kt.

Pirmuosius didelio efektyvumo saulės elementus 2009 m. viešai pademonstravo „Spectrolab“. Tada elementų naudingumo koeficientas siekė 41,6%, tuo pačiu 2011 metais buvo paskelbta apie 39% efektyvumo saulės elementų pramoninės gamybos pradžią. Dėl to 2016 metais Spectrolab pradėjo gaminti saulės baterijas su erdvėlaivių efektyvumas 30,7%.

2011 metaisKalifornijoje įsikūrusi „Solar Junction“ su 5,5 mm x 5,5 mm saulės elementu pasiekė dar didesnį – 43,5 % – efektyvumą ir viršijo rekordą, kurį neseniai pasiekė „Spectrolab“. Daugiasluoksnius trijų pakopų elementus planuota gaminti gamykloje, kurios statybai reikėjo Energetikos ministerijos paskolos.

Sun Simba saulės sistema, kurią sudaro optinis koncentratoriusir kurio efektyvumas nuo 26 iki 30%, priklausomai nuo apšvietimo ir šviesos kritimo kampo, 2012 metais pristatė Kanados kompanija Morgan Solar. Elementai buvo galio arsenidas, germanis ir organinis stiklas.Ši plėtra leido našlei padidinti tradicinių silicio saulės elementų efektyvumą.

Aštrių trisluoksnių indžio, galio ir arsenido pagrindu pagamintų elementų, kurių matmenys 4 x 4 mm, efektyvumas yra 44,4%. Jie buvo pademonstruoti 2013 m. Tačiau tais pačiais metais prancūzų kompanija Soitec kartu su Berlyno centru. Helmholtzas ir Fraunhoferio saulės energijos sistemų instituto specialistai baigė kurti Frenelio lęšio fotoelementą.

Jo efektyvumas yra 44,7%. O po metų, 2014 m., Fraunhoferio institutas vėl pasiekė 46% efektyvumą naudojant Frenelio objektyvo elementą. Saulės elementų struktūrą sudaro keturios jungtys: indžio galio fosfatas, galio arsenidas, galio indžio arsenidas ir indžio fosfatas.

Elemento kūrėjai teigia, kad baterija, susidedanti iš 52 modulių, įskaitant Frenelio lęšius (kiekvienas po 16 kv. cm) ir itin efektyvius priėmimo fotoelementus (kiekvienas tik 7 kv. mm), iš esmės gali paversti 230 saulės spindulių elektra… .

Perspektyviausia alternatyva tam, ką turime dabar, analitikai mato, kad netolimoje ateityje bus sukurti fotovoltiniai elementai, kurių efektyvumas sieks apie 85%, veikiančių pagal saulės elektromagnetinės spinduliuotės (juk saulės šviesos) sukeltos srovės korekcijos principą. yra elektromagnetinė banga, kurios dažnis yra apie 500 THz) ant mažos, kelių nanometrų dydžio nanoantenos.