Концентрирующая фотоэлектрическая система со встроенным микротрекингом может производить более чем на 50 процентов больше энергии в день, чем стандартные кремниевые солнечные элементы в прямом соревновании, по словам группы инженеров, которые тестировали прототип устройства в течение двух солнечных дней. дней прошлой осенью.
«Солнечные элементы раньше были дорогими, но теперь они становятся очень дешевыми», - сказал Крис Гибинк, доцент кафедры электротехники им. Чарльза К. Этнера, штат Пенсильвания. «В результате солнечные батареи больше не являются основной статьей стоимости производимой энергии. Большая часть стоимости все чаще приходится на все остальное - инвертор, монтажные работы, сборы за разрешение и т. д. - все то, чем мы привыкли пренебрегать».
Эта меняющаяся экономическая ситуация ставит во главу угла высокую эффективность. В отличие от кремниевых солнечных панелей, которые в настоящее время доминируют на рынке с эффективностью от 15 до 20 процентов, концентрирующие фотогальваники фокусируют солнечный свет на меньших, но гораздо более эффективных солнечных элементах, таких как те, которые используются в спутниках, чтобы обеспечить общую эффективность от 35 до 40 процентов. Нынешние системы CPV большие - размером с рекламные щиты - и должны вращаться, чтобы отслеживать солнце в течение дня. Эти системы хорошо работают на открытых полях с достаточным пространством и большим количеством прямых солнечных лучей.
«Мы пытаемся создать высокоэффективную систему CPV в форм-факторе традиционной кремниевой солнечной панели», - сказал Гибинк.
Для этого исследователи встраивают крошечные многопереходные солнечные элементы, площадью примерно полмиллиметра, в лист стекла, который скользит между парой массивов пластиковых линз. Вся конструкция имеет толщину около двух сантиметров, а отслеживание осуществляется путем скольжения листа солнечных элементов в поперечном направлении между массивом линз, в то время как панель остается закрепленной на крыше. Для отслеживания в течение всего дня требуется около одного сантиметра движения, что практически незаметно.
«Наша цель в этих недавних экспериментах состояла в том, чтобы продемонстрировать техническую осуществимость такой системы», - сказал Гибинк. «Мы собрали прототип с одной микроячейкой и парой линз, которые концентрировали солнечный свет более 600 раз, вынесли его на улицу и заставили его автоматически отслеживать солнце в течение всего дня».
Поскольку команде нужно было точно знать, сколько прямого и рассеянного солнечного света было во время теста, они разместились в Центре сельскохозяйственных исследований Рассела Э. Ларсона в штате Пенсильвания, где находится Национальное управление океанических и атмосферных исследований. сайт мониторинга. Аспиранты Джаред Прайс и Алекс Греде работали вместе с постдокторантом Баомином Ваном, чтобы протестировать систему в течение двух солнечных дней от рассвета до заката вместе с коммерческим кремниевым солнечным элементом.
Исследователи сообщают в Nature Energy, что система CPV достигла 30-процентной эффективности, в отличие от 17-процентной эффективности кремниевой ячейки. В целом за весь день система CPV произвела на 54% больше энергии, чем кремниевая, и могла бы достичь 73%, если бы не нагревание микроячеек от интенсивного солнечного света..
По словам Гибинка, эта встроенная технология отслеживания CPV идеально подходит для мест с большим количеством прямых солнечных лучей, таких как юго-запад США или Австралия.
Гибинк отмечает, что еще предстоит решить серьезные проблемы, связанные с масштабированием системы на более крупные территории и доказательством того, что она может надежно работать в долгосрочной перспективе, но он сохраняет оптимизм.
«При правильном проектировании мы ожидаем резкого изменения эффективности, которое может быть полезно в приложениях, начиная от крыш и заканчивая электромобилями - везде, где важно генерировать много солнечной энергии на ограниченной площади.."