Fizycy z Rosji poprawili wydajność paneli słonecznych o 20%

Związek między wydajnością a materiałami i technologiami

Jak działają panele słoneczne? Na podstawie właściwości półprzewodników. Padające na nie światło powoduje wybijanie przez jego cząstki elektronów znajdujących się na zewnętrznej orbicie atomów. Duża liczba elektronów tworzy potencjał prądu elektrycznego - w warunkach obwodu zamkniętego.

Aby zapewnić normalny wskaźnik zasilania, jeden moduł nie wystarczy. Im więcej paneli, tym wydajniejsza praca grzejników, które oddają prąd do akumulatorów, gdzie będzie się on gromadził.Z tego powodu wydajność paneli słonecznych zależy również od liczby zainstalowanych modułów. Im więcej z nich, tym więcej energii słonecznej pochłaniają, a ich wskaźnik mocy staje się o rząd wielkości wyższy.

Czy można poprawić wydajność baterii? Takie próby podejmowali ich twórcy i nie raz. Wyjściem w przyszłości może być produkcja elementów składających się z kilku materiałów i ich warstw. Materiały są śledzone w taki sposób, aby moduły mogły pochłaniać różne rodzaje energii.

Na przykład, jeśli jedna substancja działa z widmem UV, a druga z widmem podczerwieni, wydajność ogniw słonecznych znacznie wzrasta. Jeśli myślisz na poziomie teorii, to najwyższa wydajność może być wskaźnikiem około 90%.

Również rodzaj krzemu ma duży wpływ na wydajność każdego systemu słonecznego. Jego atomy można pozyskać na kilka sposobów, a wszystkie panele na tej podstawie dzielą się na trzy odmiany:

• monokryształy;
• polikryształy;
• elementy z krzemu amorficznego.

Ogniwa słoneczne produkowane są z monokryształów, których sprawność wynosi około 20%. Są drogie, ponieważ są najbardziej wydajne. Polikryształy są znacznie tańsze, ponieważ w tym przypadku jakość ich pracy zależy bezpośrednio od czystości krzemu użytego do ich produkcji.

Elementy na bazie krzemu amorficznego stały się podstawą do produkcji cienkowarstwowych elastycznych paneli słonecznych. Technologia ich wytwarzania jest znacznie prostsza, koszt niższy, ale wydajność mniejsza - nie więcej niż 6%. Szybko się zużywają. Dlatego, aby poprawić ich żywotność, dodaje się do nich selen, gal i ind.

Stosowanie

Elektronika przenośna

Do dostarczania prądu i/lub ładowania baterii różnych urządzeń RTV - kalkulatorów, odtwarzaczy, latarek itp.

Zaopatrzenie budynków w energię

Bateria słoneczna na dachu domu

Ogniwa słoneczne o dużych rozmiarach, takie jak kolektory słoneczne, są szeroko stosowane w regionach tropikalnych i subtropikalnych o dużej liczbie słonecznych dni. Szczególnie popularne w krajach śródziemnomorskich, gdzie umieszcza się je na dachach domów.

Nowe domy w Hiszpanii są wyposażone w słoneczne podgrzewacze wody od marca 2007 r., aby zapewnić od 30% do 70% zapotrzebowania na ciepłą wodę, w zależności od lokalizacji domu i przewidywanego zużycia wody. Budynki niemieszkalne (centra handlowe, szpitale itp.) muszą być wyposażone w sprzęt fotowoltaiczny.

Obecnie przejście na panele słoneczne wywołuje wiele krytyki wśród ludzi. Wynika to ze wzrostu cen energii elektrycznej, bałaganu w naturalnym krajobrazie. Przeciwnicy przejścia panele słoneczne są za takie krytykowane przejścia, jako właściciele domów i gruntów, na których zainstalowane panele słoneczne i wiatrowe, otrzymują dotacje od państwa, podczas gdy zwykli lokatorzy nie. W związku z tym niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki opracowało projekt ustawy, który pozwoli w niedalekiej przyszłości wprowadzić świadczenia dla lokatorów domów, które są zasilane energią z instalacji fotowoltaicznych lub blokują elektrociepłownie. Wraz z wypłatą dopłat właścicielom domów korzystających z alternatywnych źródeł energii, planuje się wypłatę dopłat najemcom mieszkającym w tych domach.

Użyj w kosmosie

Panele słoneczne to jeden z głównych sposobów wytwarzania energii elektrycznej na statkach kosmicznych: działają przez długi czas bez zużywania żadnych materiałów, a jednocześnie są przyjazne dla środowiska, w przeciwieństwie do źródeł energii jądrowej i radioizotopowej.

Jednak podczas lotu w dużej odległości od Słońca (poza orbitą Marsa) ich wykorzystanie staje się problematyczne, ponieważ przepływ energii słonecznej jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odległości od Słońca. Natomiast podczas lotu na Wenus i Merkurego moc baterii słonecznych znacznie wzrasta (w rejonie Wenus 2 razy, w rejonie Merkurego 6 razy).

Zastosowanie w medycynie

Naukowcy z Korei Południowej opracowali podskórne ogniwo słoneczne. Miniaturowe źródło energii można wszczepić pod skórę osoby w celu zapewnienia sprawnego działania urządzeń wszczepianych w ciało, takich jak rozrusznik serca. Taka bateria jest 15 razy cieńsza od włosa i można ją naładować nawet po nałożeniu na skórę kremu z filtrem przeciwsłonecznym.

Czym jest wydajność

Tak więc wydajność akumulatora to ilość potencjału, który faktycznie generuje, wyrażona w procentach. Aby to obliczyć, należy podzielić moc energii elektrycznej przez moc energii słonecznej padającej na powierzchnię paneli słonecznych.

Teraz liczba ta mieści się w przedziale od 12 do 25%. Choć w praktyce, biorąc pod uwagę warunki pogodowe i klimatyczne, nie przekracza ona 15. Powodem tego są materiały, z których wykonane są baterie słoneczne. Krzem, który jest głównym „surowcem” do ich produkcji, nie ma zdolności pochłaniania widma UV i może pracować tylko z promieniowaniem podczerwonym.Niestety z powodu tego niedoboru marnujemy energię widma UV i nie wykorzystujemy jej dobrze.

Wpływ na wydajność różnych czynników.

Zwiększenie wydajności modułów słonecznych przyprawia o ból głowy wszystkich badaczy pracujących w tym kierunku. Do tej pory sprawność takich urządzeń waha się od 15 do 25%. Procent jest bardzo niski. Baterie słoneczne to niezwykle kapryśne urządzenie, którego stabilna praca zależy od wielu powodów.

Główne czynniki, które mogą wpływać na wydajność na dwa sposoby, to:

• Materiał bazowy do ogniw słonecznych. Najsłabsze pod tym względem są polikrystaliczne panele słoneczne o wydajności do 15%. Za obiecujące można uznać moduły na bazie indu-galu lub kadmu-tellu, mające do 20% wydajności.
• Orientacja odbiornika słonecznego. W idealnym przypadku panele słoneczne z powierzchnią roboczą powinny być skierowane w stronę słońca pod odpowiednim kątem. W tej pozycji powinny być jak najdłuższe. Aby wydłużyć czas prawidłowego pozycjonowania modułów w obszarze słońca, droższe odpowiedniki mają w swoim arsenale urządzenie do śledzenia słońca, które obraca baterie zgodnie z ruchem gwiazdy.
• Przegrzanie instalacji. Podwyższone temperatury mają negatywny wpływ na wytwarzanie energii, dlatego podczas montażu należy zapewnić odpowiednią wentylację i chłodzenie paneli. Osiąga się to poprzez zainstalowanie wentylowanej szczeliny między panelem a powierzchnią instalacji.
• Cień rzucany przez dowolny obiekt może znacząco zepsuć wydajność całego systemu.

Po spełnieniu wszystkich wymagań i, jeśli to możliwe, zamontowaniu paneli we właściwej pozycji, można uzyskać panele słoneczne o wysokiej wydajności. Jest wysoki, nie maksymalny. Faktem jest, że wydajność obliczona, czyli teoretyczna, jest wartością wyprowadzoną w warunkach laboratoryjnych, przy średnich parametrach godzin dziennych i liczbie dni pochmurnych.

W praktyce oczywiście procent wydajności będzie niższy.

Odbieranie energii słonecznej baterie do twojego domu, lepiej skupić się na dolnym limicie wydajności niż na górnym. Wybierając w ten sposób moduły fotowoltaiczne i wszystkie komponenty odpowiednie do zadania, masz pewność, że moc zainstalowanej instalacji jest wystarczająca. Wybierając w kalkulacjach dolny limit wydajności, możesz zaoszczędzić na zakupie dodatkowych paneli, które są kupowane do reasekuracji w przypadku braku zasilania.

Zachęcanie perspektyw rozwoju.

Do tej pory absolutny rekord sprawności w energetyce słonecznej należy do amerykańskich deweloperów i wynosi 42,8%. Wartość ta jest o 2% wyższa od poprzedniego rekordu z 2010 roku. Rekordową ilość energii osiągnięto dzięki ulepszeniu ogniwa słonecznego wykonanego z krzemu krystalicznego. Wyjątkowość takiego opracowania polega na tym, że wszystkie pomiary zostały wykonane wyłącznie w warunkach pracy, czyli nie w pomieszczeniach laboratoryjnych i szklarniowych, ale w rzeczywistych miejscach projektowanej instalacji.

Na uboczu wszystkich tych samych laboratoriów technicznych prace nad podbiciem ostatniego rekordu nie ustają. Kolejnym celem twórców jest ograniczenie wydajności modułów fotowoltaicznych na poziomie 50%.Z każdym dniem ludzkość zbliża się do momentu, w którym energia słoneczna całkowicie zastąpi szkodliwe i drogie obecnie wykorzystywane źródła energii i stanie na równi z takimi gigantami jak elektrownie wodne.

Wydajność różnych typów paneli słonecznych

Wszystkie nowoczesne ogniwa słoneczne działają w oparciu o właściwości fizyczne półprzewodników. Fotony światła słonecznego padające na panele fotowoltaiczne wybijają elektrony z zewnętrznych orbit atomów. W rezultacie rozpoczyna się ich ruch, co prowadzi do pojawienia się prądu elektrycznego.

Pojedyncze panele nie mogą zapewnić normalnego zasilania, dlatego są podłączone w określonych ilościach do wspólnej baterii słonecznej. Im więcej ogniw fotowoltaicznych jest zaangażowanych w system, tym wyższa będzie moc wyjściowa energii elektrycznej.

Znając zasadę działania paneli, możesz określić ich wydajność. Teoretycznie definicją sprawności jest ilość wyprodukowanej energii elektrycznej podzielona przez ilość energii z promieni słonecznych padających na dany panel. Teoretycznie nowoczesne systemy są w stanie dostarczyć do 25%, ale w rzeczywistości liczba ta nie przekracza 15%. Wiele zależy od materiału, z którego wykonane są panele. Na przykład szeroko stosowany krzem jest w stanie pochłaniać tylko promienie podczerwone, a energia promieni ultrafioletowych nie jest przez niego odbierana i jest marnowana.

Obecnie trwają prace nad stworzeniem paneli wielowarstwowych, które umożliwiają wytwarzanie paneli słonecznych o wysokiej wydajności. Ich konstrukcja obejmuje różne materiały rozmieszczone w kilku warstwach. Są one dobierane w taki sposób, aby były w stanie uchwycić wszystkie główne kwanty energii.Oznacza to, że każda warstwa określonego materiału jest w stanie wchłonąć jeden z rodzajów energii.

Teoretycznie dla takich urządzeń wydajność może wzrosnąć nawet o 87%, ale w praktyce technologia wytwarzania takich paneli jest dość skomplikowana. Ponadto ich koszt jest znacznie wyższy w porównaniu ze standardowymi systemami słonecznymi.

Wydajność baterii słonecznej w dużej mierze zależy od rodzaju krzemu użytego w ogniwach słonecznych. Wszystkie panele oparte na tym materiale dzielą się na trzy typy:

• Monokrystaliczny, o wydajności 10-15%. Są uważane za najskuteczniejsze, a ich cena jest zauważalnie wyższa niż innych urządzeń.
• Polikrystaliczne mają niższe stawki, ale ich koszt na wat jest znacznie niższy. Przy użyciu materiałów wysokiej jakości takie panele są czasami lepsze pod względem wydajności niż monokryształy.
• Elastyczne panele cienkowarstwowe na bazie silikonu amorficznego. Są łatwe w produkcji i tanie. Jednak sprawność tych urządzeń jest bardzo niska, około 5-6%. Stopniowo podczas pracy ich wydajność spada, wydajność spada.

plusy

1. Dzięki temu, że w panelach nie ma ruchomych części i elementów, zwiększa się ich trwałość. Producenci gwarantują 25-letnią żywotność.
2. Jeśli przestrzegasz wszystkich rutynowych zasad konserwacji i obsługi, działanie takich systemów wydłuża się do 50 lat. Konserwacja jest dość prosta - w odpowiednim czasie oczyść fotokomórki z kurzu, śniegu i innych naturalnych zanieczyszczeń.
3. To właśnie trwałość systemu jest czynnikiem decydującym o zakupie i montażu paneli. Po spłaceniu wszystkich kosztów wytworzona energia elektryczna będzie darmowa.

Najważniejszą przeszkodą w powszechnym stosowaniu takich systemów jest ich wysoki koszt. Ze względu na niską wydajność domowych paneli słonecznych istnieją poważne wątpliwości co do ekonomicznego zapotrzebowania na tę konkretną metodę wytwarzania energii elektrycznej.

Ale znowu, należy rozsądnie ocenić możliwości tych systemów i na tej podstawie obliczyć oczekiwany zwrot. Nie będzie możliwe całkowite zastąpienie tradycyjnej energii elektrycznej, ale całkiem możliwe jest zaoszczędzenie pieniędzy dzięki wykorzystaniu systemów solarnych.

Ponadto trudno nie zauważyć takich korzyści jak:

• Pozyskiwanie prądu w najbardziej oddalonych od cywilizacji obszarach;
• autonomia;
• Ciche funkcjonowanie.

Wady energii słonecznej

• Konieczność wykorzystania dużych powierzchni;
• Elektrownia słoneczna nie pracuje w nocy i nie pracuje efektywnie o zmierzchu wieczornym, natomiast szczyt zużycia energii występuje właśnie w godzinach wieczornych;
• Pomimo czystości środowiska otrzymywanej energii, same ogniwa słoneczne zawierają substancje toksyczne, takie jak ołów, kadm, gal, arsen itp.

Elektrownie słoneczne są krytykowane ze względu na wysokie koszty, a także niską stabilność złożonych halogenków ołowiu oraz toksyczność tych związków. Obecnie trwają aktywne prace nad bezołowiowymi półprzewodnikami do ogniw słonecznych, na przykład na bazie bizmutu i antymonu.

Ze względu na niską sprawność, która w najlepszym przypadku sięga 20 procent, panele słoneczne bardzo się nagrzewają. Pozostałe 80 procent energii słonecznej Światło podgrzewa panele słoneczne do średnia temperatura około 55°C. Z wzrost temperatury ogniwa fotowoltaicznego o 1°, jego sprawność spada o 0,5%.Zależność ta jest nieliniowa, a wzrost temperatury elementu o 10° prowadzi do prawie dwukrotnego spadku sprawności. Aktywne elementy układów chłodzenia (wentylatory lub pompy) pompujące czynnik chłodniczy zużywają znaczne ilości energii, wymagają okresowej konserwacji i zmniejszają niezawodność całego układu. Pasywne systemy chłodzenia mają bardzo niską wydajność i nie radzą sobie z zadaniem chłodzenia paneli słonecznych.

Obliczanie wydajności

Wykorzystanie energii słonecznej i ekonomiczna racjonalność takich koncepcji decydują o efektywności wszystkich rodzaje systemów paneli słonecznych. Przede wszystkim brane są pod uwagę koszty przekształceń. energia słoneczna na energię elektryczną.

O tym, jak opłacalne i skuteczne są takie systemy, decydują takie czynniki, jak:

• Rodzaj paneli słonecznych i związanego z nimi wyposażenia;
• Sprawność fotokomórek i ich koszt;
• Warunki klimatyczne. Różne regiony mają różną aktywność słoneczną. Wpływa również na okres zwrotu.

Jak wybrać odpowiednią wydajność?

Przed zakupem paneli musisz wiedzieć, jaka może być wymagana wydajność baterii słonecznej.

Jeśli twoje domowe zużycie energii wynosi na przykład 100 kW/miesiąc (według licznika energii elektrycznej), wskazane jest, aby ogniwa słoneczne produkowały taką samą ilość.

Zdecydowałem się na to. Chodźmy dalej.

Oczywiste jest, że stacja solarna działa tylko w ciągu dnia. Co więcej, moc tabliczki znamionowej zostanie osiągnięta przy bezchmurnym niebie. Dodatkowo moc szczytową można osiągnąć pod warunkiem, że promienie słoneczne padają na powierzchnię. pod kątem prostym.

Wraz ze zmianą pozycji słońca zmienia się kąt nachylenia panelu. W związku z tym pod dużymi kątami będzie obserwowany zauważalny spadek mocy.To tylko w pogodny dzień. Przy pochmurnej pogodzie można zagwarantować 15-20-krotny spadek mocy. Nawet niewielka chmura lub mgła powoduje 2-3 krotny spadek mocy

Należy to również wziąć pod uwagę

Teraz - jak obliczyć czas pracy paneli?

Czas pracy, w którym akumulatory mogą efektywnie pracować przy prawie pełnej pojemności, wynosi około 7 godzin. Od 9:00 do 16:00 W lecie jest więcej godzin dziennych, ale produkcja energii elektrycznej rano i wieczorem jest bardzo mała – w granicach 20–30%. Reszta, czyli 70%, zostanie wygenerowana ponownie w ciągu dnia, od 9 rano do 16 po południu.

Okazuje się więc, że jeśli panele mają moc znamionową 1 kW, to latem najbardziej słonecznie dziennie wygeneruje 7 kW/h Elektryczność. Pod warunkiem, że będą pracować od 9 do 16 godzin dziennie. Czyli będzie to 210 kWh energii elektrycznej miesięcznie!

To jest zestaw panelowy. A jedno gniazdo o mocy zaledwie 100 watów? Na dzień da 700 watów na godzinę. 21 kW miesięcznie.

Jak sprawić, by Twój panel słoneczny działał tak wydajnie, jak to tylko możliwe?

Wydajność każdego systemu słonecznego zależy od:

• wskaźniki temperatury;
• kąt padania promieni słonecznych;
• stan powierzchni (zawsze musi być czysta);
• warunki pogodowe;
• obecność lub brak cienia.

Optymalny kąt padania promieni słonecznych na panel to 90 °, czyli linia prosta. Istnieją już systemy solarne wyposażone w unikalne urządzenia. Pozwalają monitorować pozycję gwiazdy w kosmosie. Gdy zmienia się położenie Słońca w stosunku do Ziemi, zmienia się również kąt nachylenia Układu Słonecznego.

Ciągłe nagrzewanie się elementów również nie ma najlepszego wpływu na ich wydajność. Podczas konwersji energii dochodzi do jej poważnych strat.Dlatego pomiędzy układem słonecznym a powierzchnią, na której jest zamontowany, należy zawsze pozostawić niewielką przestrzeń. Przepływające w nim prądy powietrza posłużą jako naturalny sposób chłodzenia.

Czystość paneli słonecznych jest również ważnym czynnikiem wpływającym na ich wydajność. Jeśli są mocno zanieczyszczone, gromadzą mniej światła, co oznacza, że ​​zmniejsza się ich wydajność.

Dużą rolę odgrywa również prawidłowa instalacja. Podczas montażu systemu nie można pozwolić, aby padł na niego cień. Najlepszą stroną, po której zaleca się ich instalację, jest południe.

Wracając do warunków pogodowych, możemy jednocześnie odpowiedzieć na popularne pytanie, czy panele słoneczne działają przy pochmurnej pogodzie. Oczywiście ich praca trwa nadal, ponieważ promieniowanie elektromagnetyczne emanujące ze Słońca uderza w Ziemię o każdej porze roku. Oczywiście wydajność paneli (COP) będzie znacznie niższa, szczególnie w regionach z dużą ilością deszczowych i pochmurnych dni w roku. Innymi słowy, będą generować energię elektryczną, ale w znacznie mniejszych ilościach niż w regionach o słonecznym i gorącym klimacie.

Czynniki wpływające na wydajność ogniw słonecznych

Cechy budowy fotokomórek powodują spadek wydajności paneli wraz ze wzrostem temperatury.

Częściowe przyciemnienie panelu powoduje spadek napięcia wyjściowego na skutek strat w nieoświetlonym elemencie, który zaczyna działać jak obciążenie pasożytnicze. Wadę tę można wyeliminować, instalując obejście na każdej fotokomórce panelu. W pochmurną pogodę, przy braku bezpośredniego światła słonecznego, panele wykorzystujące soczewki do koncentracji promieniowania stają się wyjątkowo nieefektywne, ponieważ efekt soczewki zanika.

Z krzywej wydajności panelu fotowoltaicznego wynika, że ​​w celu osiągnięcia największej wydajności wymagany jest prawidłowy dobór rezystancji obciążenia. W tym celu panele fotowoltaiczne nie są podłączane bezpośrednio do obciążenia, lecz wykorzystują sterownik zarządzania systemem fotowoltaicznym, który zapewnia optymalną pracę paneli.

Jak działa bateria słoneczna?

Wszystkie nowoczesne ogniwa słoneczne działają dzięki odkryciu dokonanemu przez fizyka Alexandre Becquerela w 1839 roku - samej zasadzie działania półprzewodników.

Jeśli fotokomórki krzemowe na górnej płycie zostaną podgrzane, wówczas atomy półprzewodnika krzemowego są uwalniane. Próbują uchwycić atomy dolnej płyty. W pełnej zgodzie z prawami fizyki elektrony płyty dolnej muszą powrócić do swojego pierwotnego stanu. Te elektrony otwierają się w jedną stronę - przez przewody. Zmagazynowana energia jest przekazywana do akumulatorów i zwracana z powrotem na górny wafel krzemowy.

Fabuła

W 1842 roku Alexandre-Edmond Becquerel odkrył efekt przekształcania światła w elektryczność. Charles Fritts zaczął używać selenu do zamiany światła w elektryczność. Pierwsze prototypy ogniw słonecznych stworzył włoski fotochemik Giacomo Luigi Chamichan.

25 marca 1948 roku Bell Laboratories ogłosiło stworzenie pierwszych ogniw słonecznych na bazie krzemu do generowania prądu elektrycznego. Odkrycia tego dokonało trzech pracowników firmy - Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin i Gerald Pearson.Już 4 lata później, 17 marca 1958, satelita wykorzystujący panele słoneczne Avangard-1 został wystrzelony w USA. 15 maja 1958 satelita wykorzystujący panele słoneczne Sputnik-3 został również wystrzelony w ZSRR.

To ciekawe: w Niemczech zbudowano najwyżej farma wiatrowa na świecie

Jak szybko panele słoneczne się zwrócą?

Koszt paneli słonecznych jest dziś dość wysoki. A biorąc pod uwagę niską wartość wydajności paneli, kwestia ich zwrotu jest bardzo istotna. Żywotność baterii zasilanych energią słoneczną wynosi około 25 lat lub więcej. O tym, co spowodowało tak długą żywotność, porozmawiamy nieco później, ale na razie dowiemy się o postawionym powyżej pytaniu.

Na okres zwrotu mają wpływ:

• Wybrany typ sprzętu. Jednowarstwowe ogniwa słoneczne mają niższą wydajność w porównaniu do wielowarstwowych, ale także znacznie niższą cenę.
• Położenie geograficzne, czyli im więcej światła słonecznego w Twojej okolicy, tym szybciej zainstalowany moduł się opłaci.
• Koszt sprzętu. Im więcej pieniędzy wydałeś na zakup i montaż elementów składających się na system oszczędzania energii słonecznej, tym dłuższy okres zwrotu.
• Koszt surowców energetycznych w Twoim regionie.

Średni okres zwrotu dla krajów Europy Południowej wynosi 1,5-2 lata, dla krajów Europy Środkowej - 2,5-3,5 lat, aw Rosji okres zwrotu wynosi około 2-5 lat. W niedalekiej przyszłości wydajność paneli słonecznych znacznie wzrośnie, jest to spowodowane rozwojem bardziej zaawansowanych technologii zwiększających wydajność i obniżających koszty paneli. W rezultacie skróci się również okres, w którym system oszczędzania energii na energii słonecznej się zwróci.

Najnowsze rozwiązania zwiększające wydajność

Niemal każdego dnia naukowcy na całym świecie ogłaszają opracowanie nowej metody zwiększania wydajności modułów słonecznych. Zapoznajmy się z najciekawszymi z nich. W zeszłym roku firma Sharp wprowadziła na rynek ogniwo słoneczne o wydajności 43,5%. Udało im się to osiągnąć, instalując soczewkę skupiającą energię bezpośrednio w elemencie.

Niemieccy fizycy nie pozostają w tyle za Sharpem. W czerwcu 2013 roku wprowadzili na rynek swoje ogniwo słoneczne o powierzchni zaledwie 5,2 metra kwadratowego. mm, składający się z 4 warstw elementów półprzewodnikowych. Technologia ta pozwoliła osiągnąć sprawność 44,7%. Maksymalną wydajność w tym przypadku osiąga się również poprzez umieszczenie w centrum uwagi zwierciadła wklęsłego.

W październiku 2013 roku opublikowano wyniki prac naukowców ze Stanford. Opracowali nowy kompozyt żaroodporny, który może zwiększyć wydajność ogniw fotowoltaicznych. Teoretyczna wartość sprawności wynosi około 80%. Jak pisaliśmy powyżej, półprzewodniki, w tym krzem, są zdolne do pochłaniania jedynie promieniowania podczerwonego. Tak więc działanie nowego materiału kompozytowego ma na celu zamianę promieniowania o wysokiej częstotliwości na podczerwień.

Następni byli angielscy naukowcy. Opracowali technologię zdolną do zwiększenia wydajności ogniw o 22%. Zaproponowali umieszczenie aluminiowych nanokolców na gładkiej powierzchni cienkowarstwowych paneli. Ten metal został wybrany ze względu na to, że nie pochłania światła słonecznego, a wręcz przeciwnie, je rozprasza. W konsekwencji wzrasta ilość pochłoniętej energii słonecznej. Stąd wzrost wydajności baterii słonecznych.

Podano tutaj tylko główne zmiany, ale sprawa nie ogranicza się do nich. Naukowcy walczą o co dziesiątą część procenta i na razie im się to udaje. Miejmy nadzieję, że w niedalekiej przyszłości wydajność paneli słonecznych będzie na odpowiednim poziomie. W końcu korzyści z używania paneli będą maksymalne.

Artykuł przygotowała Abdullina Regina

Moskwa już teraz wykorzystuje nowe technologie do oświetlania ulic i parków, myślę, że tam obliczono efektywność ekonomiczną:

Rodzaje fotokomórek słonecznych i ich wydajność

Działanie paneli słonecznych opiera się na właściwościach elementów półprzewodnikowych. Światło słoneczne padające na panele fotowoltaiczne wybija przez fotony elektrony z zewnętrznej orbity atomów. Powstała duża liczba elektronów dostarcza prąd elektryczny w obwodzie zamkniętym. Jeden lub dwa panele do normalnego zasilania to za mało. Dlatego kilka sztuk łączy się w panele słoneczne. Aby uzyskać wymagane napięcie i moc, są one połączone równolegle i szeregowo. Większa liczba ogniw słonecznych daje większy obszar do pochłaniania energii słonecznej i wytwarzania większej mocy.

Fotokomórki

Jednym ze sposobów na zwiększenie wydajności jest tworzenie paneli wielowarstwowych. Takie struktury składają się z zestawu materiałów ułożonych warstwami. Dobór materiałów odbywa się w taki sposób, że wychwytywane są kwanty o różnych energiach. Warstwa z jednym materiałem pochłania jeden rodzaj energii, z drugim i tak dalej. Dzięki temu możliwe jest tworzenie paneli słonecznych o wysokiej wydajności. Teoretycznie takie płyty warstwowe mogą zapewnić Wydajność do 87 procent. Ale tak jest w teorii, ale w praktyce produkcja takich modułów jest problematyczna. Poza tym stają się bardzo drogie.

Na sprawność systemów solarnych wpływa również rodzaj krzemu stosowanego w ogniwach słonecznych. W zależności od produkcji atomu krzemu można je podzielić na 3 typy:

• Monokrystaliczny;
• polikrystaliczny;
• Panele z silikonu amorficznego.

Ogniwa słoneczne wykonane z monokrystalicznego krzemu mają wydajność 10-15 proc. Są najbardziej wydajne i najbardziej kosztują. Modele z polikrystalicznego krzemu mają najtańszy wat energii elektrycznej. Wiele zależy od czystości materiałów, aw niektórych przypadkach elementy polikrystaliczne mogą być skuteczniejsze niż monokryształy.

Panel z amorficznego krzemu