كفاءة الخلايا والوحدات الشمسية

في كل عام ، تتفاقم مشاكل نقص الطاقة والتلوث البيئي: يتم استنفاد الموارد الأحفورية ، والاستهلاك البشري للكهرباء في تزايد مستمر. في هذا السياق ، ليس من المستغرب على الإطلاق أن يواصل العلماء تحسين الطرق البديلة لتوليد الكهرباء.

إلى جانب المصادر النظيفة الأخرى ، مثل الرياح والمد والجزر وموجات البحر وحرارة الأرض وغيرها ، لا تفقد أهميتها و محطات الطاقة الشمسية، التي يتم بناؤها تقليديًا من البطاريات القائمة على الخلايا الكهروضوئية. المطلب الرئيسي للخلايا الشمسية هو أعلى كفاءة ممكنة ، وأعلى كفاءة ممكنة لتحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء.

تكمن المشكلة في الخلايا الشمسية في أنه على الرغم من أن تدفق الإشعاع (يشع من الشمس ويصل إلى الأرض) له قوة معينة عند الحد الأعلى للغلاف الجوي في منطقة 1400 واط / م 2 ، ومع ذلك في الطقس الغائم بالقرب من سطح الأرض في القارة الأوروبية اتضح فقط 100 واط / متر مربع. وحتى أقل.

كفاءة خلية شمسية ، وحدة ، مصفوفة - نسبة الناتج الكهربائي لخلية شمسية ، وحدة ، بطارية إلى منتج كثافة تدفق الطاقة الشمسية لكل منطقة ، على التوالي ، للخلية ، الوحدة ، البطارية.

كفاءة محطة الطاقة الشمسية - نسبة الطاقة الكهربائية المولدة إلى الطاقة الشمسية المستلمة خلال نفس الفترة الزمنية إلى السطح ، والتي تشكل إسقاط مساحة محطة الطاقة الشمسية على مستوى عادي لأشعة الشمس .

أكثر الألواح الشمسية شهرة اليوم تجعل من الممكن استخلاص الكهرباء من أشعة الشمس بكفاءة تتراوح من 9 إلى 24٪. يبلغ متوسط ​​سعر هذه البطارية حوالي 2 يورو لكل واط ، بينما يكلف الإنتاج الصناعي للكهرباء من الخلايا الكهروضوئية اليوم 0.25 يورو لكل كيلو وات ساعة. وفي الوقت نفسه ، تتوقع الرابطة الأوروبية للخلايا الكهروضوئية أنه بحلول عام 2021 ، ستنخفض تكلفة الكهرباء "الشمسية" المولدة صناعياً إلى 0.1 يورو لكل كيلوواط ساعة.

يحاول العلماء من جميع أنحاء العالم تحسين كفاءة كفاءاتهم الخلايا الضوئية... هناك أخبار كل عام من معاهد مختلفة ، حيث يتمكن العلماء مرارًا وتكرارًا من إنشاء وحدات شمسية بكفاءة قياسية ، ووحدات شمسية تعتمد على تركيبة كيميائية جديدة ، ووحدات شمسية بمركزات أكثر كفاءة ، وما إلى ذلك.

تم عرض أول خلايا شمسية عالية الكفاءة علنًا في عام 2009 بواسطة Spectrolab. ثم وصلت كفاءة الخلايا إلى 41.6٪ ، وفي نفس الوقت تم الإعلان عن بدء الإنتاج الصناعي للخلايا الشمسية بكفاءة 39٪ في عام 2011. ونتيجة لذلك ، بدأت Spectrolab في عام 2016 بإنتاج الألواح الشمسية كفاءة 30 ، 7٪ لسفن الفضاء.

في عام 2011حققت Solar Junction ومقرها كاليفورنيا كفاءة أعلى بنسبة 43.5٪ باستخدام خلية شمسية 5.5 ملم × 5.5 ملم ، متجاوزة الرقم القياسي الذي سجلته شركة Spectrolab مؤخرًا. تم التخطيط لتصنيع العناصر متعددة الطبقات ثلاثية الطبقات في مصنع ، يتطلب بناؤه قرضًا من وزارة الطاقة.

يشمل نظام صن سيمبا الشمسي المكثف البصريوبكفاءة تتراوح من 26 إلى 30٪ ، اعتمادًا على الإضاءة وزاوية وقوع الضوء ، تم تقديمه في عام 2012 من قبل شركة Morgan Solar الكندية. تضمنت العناصر زرنيخيد الغاليوم والجرمانيوم وزجاج شبكي ، وقد سمح هذا التطور للأرملة بزيادة كفاءة خلايا السيليكون الشمسية التقليدية.

تظهر الخلايا ثلاثية الطبقات الحادة القائمة على الإنديوم والغاليوم والزرنيخيد ، بمقاس 4 × 4 مم ، كفاءة بنسبة 44.4٪. تم عرضهم في عام 2013. ولكن في نفس العام ، الشركة الفرنسية Soitec ، جنبا إلى جنب مع مركز برلين. أكمل هيلمهولتز والمتخصصون من معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية تطوير خلية ضوئية لعدسة فريسنل.

كفاءتها 44.7٪. وبعد عام ، في عام 2014 ، حصل معهد فراونهوفر على كفاءة بنسبة 46٪ ، مرة أخرى على عنصر عدسة فرينل. يحتوي هيكل الخلية الشمسية على أربعة تقاطعات: فوسفات الغاليوم الإنديوم ، زرنيخيد الغاليوم ، زرنيخيد إنديوم الغاليوم وفوسفات الإنديوم.

يدعي مبتكرو الخلية أن البطارية ، التي تتكون من 52 وحدة ، بما في ذلك عدسات فرينل (16 سم لكل منها) وخلايا ضوئية فائقة الكفاءة (7 ملم فقط لكل منها) يمكنها ، من حيث المبدأ ، تحويل 230 شمسًا من الضوء إلى كهرباء ... .

أكثر البدائل الواعدة لما لدينا الآن ، يرى المحللون إنشاء خلايا كهروضوئية في المستقبل القريب بكفاءة تبلغ حوالي 85٪ ، تعمل على مبدأ تصحيح التيار الناجم عن الإشعاع الكهرومغناطيسي للشمس (بعد كل شيء ، ضوء الشمس هي موجة كهرومغناطيسية بتردد حوالي 500 THz) على nanoantenna صغير بحجم بضعة نانومترات.