Päikesepatareide ja moodulite efektiivsus
Iga aastaga lähevad energiapuuduse ja keskkonnareostuse probleemid aina hullemaks: fossiilsed ressursid ammenduvad ning inimeste elektritarbimine kasvab pidevalt. Selles kontekstis pole sugugi üllatav, et teadlased jätkavad alternatiivsete elektritootmismeetodite täiustamist.
Koos teiste puhaste allikatega, nagu tuul, looded, merelained, maasoojus ja teised, ei kaota oma tähtsust ja päikeseelektrijaamad, mis on traditsiooniliselt ehitatud fotogalvaanilistel elementidel põhinevatest akudest. Päikesepatareide põhinõue on võimalikult kõrge kasutegur, päikesekiirguse elektrienergiaks muundamise kõrgeim võimalik kasutegur.
Päikesepatareide konks seisneb selles, et kuigi kiirgusvoo (kiirgab Päikeselt ja jõuab Maale) erivõimsus on atmosfääri ülempiiril 1400 W/m2, on sellest hoolimata pilves ilmaga maapinna lähedal Euroopa mandril selgub ainult 100 W / ruutmeetri kohta. ja veel vähem.
Päikesepatarei, mooduli, massiivi kasutegur — päikesepatarei, mooduli, aku elektrilise väljundi suhe päikeseenergia voo tiheduse korrutisesse vastavalt elemendi, mooduli, aku pindala kohta.
Päikeseelektrijaama kasutegur — sama ajavahemiku jooksul toodetud elektrienergia ja saadud päikeseenergia suhe pinnaga, mis moodustab päikeseelektrijaama pindala projektsiooni päikesekiirte suhtes normaalsele tasapinnale. .
Tänapäeval populaarseimad päikesepaneelid võimaldavad päikesekiirtest elektrit ammutada efektiivsusega 9–24%. Sellise aku keskmine hind on umbes 2 eurot vatt, samas kui tööstuslik elektri tootmine fotogalvaanilistest elementidest maksab täna 0,25 eurot kWh. Vahepeal ennustab Euroopa Fotogalvaanika Assotsiatsioon, et aastaks 2021 langeb tööstuslikult toodetud "päikese" elektri hind 0,1 euroni kWh kohta.
Teadlased üle kogu maailma püüavad oma tõhusust parandada fotoelemendid… Igal aastal tuleb uudiseid erinevatest instituutidest, kus ikka ja jälle õnnestub teadlastel luua rekorditõhususega päikesemooduleid, uuel keemilisel koostisel põhinevaid päikesemooduleid, tõhusamate kontsentraatoritega päikesemooduleid jne.
Esimesi ülitõhusaid päikesepatareisid demonstreeris 2009. aastal avalikult Spectrolab. Siis ulatus elementide kasutegur 41,6%-ni, samas kui 2011. aastal teatati 39%-lise kasuteguriga päikesepatareide tööstusliku tootmise algusest. Sellest tulenevalt alustas 2016. aastal Spectrolab päikesepaneelide tootmist kosmoselaevade kasutegur 30,7%.
2011. aastalCalifornias asuv Solar Junction saavutas 5,5 mm × 5,5 mm päikesepatareiga veelgi suurema kasuteguri – 43,5%, mis ületas Spectrolabi hiljuti püstitatud rekordi. Mitmekihilised kolmekihilised elemendid plaaniti valmistada tehases, mille ehitamiseks oli vaja Energeetikaministeeriumi laenu.
Sun Simba päikesesüsteem, mis sisaldab optiline kontsentraatorja efektiivsusega 26–30%, olenevalt valgustusest ja valguse langemisnurgast, esitles 2012. aastal Kanada ettevõte Morgan Solar. Elementide hulka kuulusid galliumarseniid, germaanium ja pleksiklaas.See areng võimaldas lesel suurendada traditsiooniliste räni päikesepatareide efektiivsust.
Indiumil, galliumil ja arseniidil põhinevad teravad kolmekihilised rakud mõõtmetega 4 x 4 mm näitavad efektiivsust 44,4%. Neid demonstreeriti aastal 2013. Kuid samal aastal Prantsuse firma Soitec koos Berliini keskusega. Helmholtz ja Fraunhoferi päikeseenergiasüsteemide instituudi spetsialistid on lõpetanud Fresneli objektiivi fotoelemendi väljatöötamise.
Selle efektiivsus on 44,7%. Ja aasta hiljem, 2014. aastal saavutas Fraunhoferi instituut Fresneli läätseelemendi efektiivsuse 46%. Päikesepatarei struktuur sisaldab nelja ühenduskohta: indiumgalliumfosfaat, galliumarseniid, galliumindiumarseniid ja indiumfosfaat.
Elementide loojad väidavad, et aku, mis koosneb 52 moodulist, sealhulgas Fresneli läätsed (igaüks 16 ruutmeetrit) ja ülitõhusad vastuvõtvad fotoelemendid (kumbki ainult 7 ruutmeetrit), suudab põhimõtteliselt muuta 230 päikest elektrienergiaks ... .
Analüütikud näevad praegusele kõige paljutõotavama alternatiivina lähitulevikus umbes 85% efektiivsusega fotogalvaaniliste elementide loomist, mis töötavad Päikese elektromagnetilise kiirguse (lõppude lõpuks päikesevalguse) põhjustatud voolu korrigeerimise põhimõttel. on elektromagnetlaine sagedusega umbes 500 THz) väikesel mõne nanomeetri suurusel nanoantennil.