Концентрирующие фотоэлектрические элементы на крышах значительно превосходят кремний в наружных испытаниях

& quot; Раньше солнечные батареи были дорогими, но теперь они' становятся действительно дешевыми," сказал Крис Гибинк, доцент кафедры электротехники Чарльза К. Этнера, штат Пенсильвания." В результате солнечный элемент больше не является основным источником энергии, которую он производит. Большая часть затрат все чаще приходится на все остальное - инвертор, монтажные работы, разрешительные сборы и т. Д. - все то, чем мы раньше пренебрегали."

В этом меняющемся экономическом ландшафте особое внимание уделяется высокой эффективности. В отличие от кремниевых солнечных панелей, которые в настоящее время доминируют на рынке с эффективностью от 15 до 20 процентов, концентрация фотоэлектрических элементов фокусирует солнечный свет на меньших, но гораздо более эффективных солнечных элементах, подобных тем, которые используются на спутниках, чтобы обеспечить общую эффективность от 35 до 40 процентов. Современные системы CPV имеют большие размеры - размером с рекламные щиты - и должны вращаться, чтобы отслеживать солнце в течение дня. Эти системы хорошо работают на открытых полях с большим пространством и большим количеством прямых солнечных лучей.

& quot; Мы' пытаемся создать высокоэффективную систему CPV в форм-факторе традиционной кремниевой солнечной панели," - сказал Гибинк.

Для этого исследователи встраивают крошечные многопереходные солнечные элементы, размером примерно полмиллиметра в квадрат, в лист стекла, который скользит между парой пластиковых решеток линз. Вся конструкция имеет толщину около двух сантиметров, и отслеживание осуществляется путем скольжения листа солнечных элементов в поперечном направлении между решеткой линз, в то время как панель остается закрепленной на крыше. Целый день отслеживания' требует около одного сантиметра движения, что практически незаметно.

& quot; Нашей целью в этих недавних экспериментах было продемонстрировать техническую осуществимость такой системы," - сказал Гибинк.": Мы собрали прототип с одним микроэлементом и парой линз, которые концентрировали солнечный свет более 600 раз, вывели его на улицу и заставили автоматически отслеживать солнце в течение всего дня."

Поскольку команде нужно было точно знать, сколько прямого и рассеянного солнечного света было во время испытания, они открыли Центр сельскохозяйственных исследований Рассела Э. Ларсона в штате Пенсильвания, где находится пункт мониторинга приземной радиации Национального управления океанических и атмосферных исследований. Аспиранты Джаред Прайс и Алекс Греде работали вместе с докторантом Баомином Вангом, 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 кремниевого элемента. В целом за весь день система CPV произвела на 54 процента больше энергии, чем кремний, и могла бы достичь 73 процентов, если бы избежать нагрева микроэлементов 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 впереди еще большие проблемы, связанные с масштабированием системы на большие площади и доказательством ее надежной работы в долгосрочной перспективе, но он сохраняет оптимизм.

& quot; При правильном проектировании мы' смотрим на постепенное изменение эффективности, которое может быть полезно в самых разных приложениях, от крыш до электромобилей - действительно везде, где это' s важно генерировать много солнечной энергии на ограниченной территории."