A napelemek és modulok hatékonysága

Évről évre egyre súlyosabbak az energiahiány és a környezetszennyezés problémái: a fosszilis erőforrások kimerülnek, az emberi áramfogyasztás pedig folyamatosan növekszik. Ebben az összefüggésben egyáltalán nem meglepő, hogy a tudósok továbbra is fejlesztik a villamosenergia-termelés alternatív módszereit.

Más tiszta források mellett, mint például a szél, az árapály, a tenger hullámai, a föld hője és mások, nem veszítik el fontosságukat és naperőművek, hagyományosan fotovoltaikus cellákon alapuló akkumulátorokból épült. A napelemekkel szemben támasztott fő követelmény a lehető legmagasabb hatásfok, a napsugárzás elektromos árammá alakításának minél nagyobb hatékonysága.

A napelemeknél az a bökkenő, hogy bár a (Napból kisugárzó és a Földet elérő) sugárzási fluxus fajlagos teljesítménye a légkör felső határán 1400 W/m2, ennek ellenére felhős időben a Föld felszíne közelében az európai kontinensen csak 100 W / négyzetméter. és még kevésbé.

Napelem, modul, tömb hatásfoka — A napelem, modul, akkumulátor elektromos teljesítményének aránya a cella, modul, akkumulátor területenkénti napenergia fluxussűrűségének szorzatához viszonyítva.

A naperőmű hatásfoka - A megtermelt elektromos energia és az ugyanazon időintervallum alatt kapott napenergia felülethez viszonyított aránya, amely a naperőmű területének vetületét jelenti a napsugárzásra merőleges síkra .

A manapság legnépszerűbb napelemek 9-24%-os hatásfokkal teszik lehetővé az elektromos áram kinyerését a napsugarakból. Egy ilyen akkumulátor átlagos ára körülbelül 2 euró wattonként, míg a fotovoltaikus cellákból történő ipari villamosenergia-termelés ma 0,25 euróba kerül kWh-nként. Eközben az Európai Fotovoltaikus Szövetség előrejelzése szerint 2021-re az iparilag előállított "napelemes" villamos energia ára kWh-nként 0,1 euróra csökken.

A világ minden tájáról érkező tudósok igyekeznek javítani a hatékonyságukat fotocellák… Évről évre érkeznek hírek különböző intézetektől, ahol újra és újra sikerül rekordhatékonyságú napelemmodulokat, új kémiai összetételű napelemmodulokat, hatékonyabb koncentrátorokkal ellátott napelemmodulokat stb.

Az első nagy hatásfokú napelemeket 2009-ben mutatta be nyilvánosan a Spectrolab. Ekkor a cellák hatásfoka elérte a 41,6%-ot, ugyanakkor 2011-ben bejelentették a 39%-os hatásfokú napelemek ipari gyártásának megkezdését. Ennek eredményeként 2016-ban a Spectrolab megkezdte a napelemek gyártását egy űrhajók esetében 30,7%-os hatásfok.

2011-benA kaliforniai székhelyű Solar Junction még magasabb, 43,5%-os hatásfokot ért el egy 5,5 x 5,5 mm-es napelemmel, ami felülmúlta a Spectrolab által nemrég felállított rekordot. A többrétegű háromrétegű elemeket üzemben tervezték legyártani, amelynek megépítéséhez az Energiaügyi Minisztériumtól kellett hitelt felvenni.

Sun Simba napelem rendszer, amely magában foglalja optikai koncentrátorés a megvilágítástól és a fény beesési szögétől függően 26-30%-os hatásfokkal 2012-ben mutatta be a kanadai Morgan Solar cég. Az elemek között gallium-arzenid, germánium és plexi is szerepelt.Ez a fejlesztés lehetővé tette egy özvegy számára a hagyományos szilícium napelemek hatékonyságának növelését.

Az indium, gallium és arzenid alapú, éles háromrétegű sejtek 4 x 4 mm méretűek 44,4%-os hatékonyságot mutatnak. 2013-ban mutatták be őket. De ugyanebben az évben a francia Soitec cég a Berlini Központtal együtt. Helmholtz és a Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems szakemberei befejezték a Fresnel lencsés fotocella kifejlesztését.

Hatékonysága 44,7%. Egy évvel később, 2014-ben pedig a Fraunhofer Institute 46%-os hatékonyságot ért el ismét egy Fresnel lencseelemen. A napelem szerkezete négy csomópontból áll: indium-gallium-foszfát, gallium-arzenid, gallium-indium-arzenid és indium-foszfát.

A cella készítői azt állítják, hogy az 52 modulból álló akkumulátor, köztük Fresnel lencsék (egyenként 16 négyzetcm) és ultrahatékony vevő fotocellák (mindegyik mindössze 7 négyzetmm), elvileg 230 nap fényt képes elektromos árammá alakítani… .

A jelenlegi legígéretesebb alternatívaként az elemzők a közeljövőben mintegy 85%-os hatásfokú fotovoltaikus cellák létrehozását látják, amelyek a Nap elektromágneses sugárzása (végül is a napfény) által okozott áram korrigálásának elvén működnek. körülbelül 500 THz frekvenciájú elektromágneses hullám) néhány nanométeres kis nanoantennán.