Učinkovitost solarnih ćelija i modula
Svake godine problemi nedostatka energije i zagađenja okoliša postaju sve teži: fosilni resursi se iscrpljuju, a ljudska potrošnja električne energije neprestano raste. U tom kontekstu uopće ne čudi što znanstvenici nastavljaju poboljšavati alternativne metode proizvodnje električne energije.
Uz druge čiste izvore, poput vjetra, plime i oseke, morskih valova, topline zemlje i dr., ne gube na važnosti i solarne elektrane, tradicionalno izgrađen od baterija na bazi fotonaponskih ćelija. Glavni zahtjev za solarne ćelije je što veća učinkovitost, što veća učinkovitost pretvorbe sunčevog zračenja u električnu energiju.
Začkoljica sa solarnim ćelijama je u tome što, iako tok zračenja (koje zrači od Sunca i dolazi do Zemlje) ima specifičnu snagu na gornjoj granici atmosfere u području od 1400 W/m2, ipak u oblačnom vremenu blizu površine Zemlje na europski kontinent ispada samo 100 W / m2. a još manje.
Učinkovitost solarne ćelije, modula, niza — Omjer električne izlazne snage solarne ćelije, modula, baterije i umnoška gustoće toka sunčeve energije po površini ćelije, modula, baterije.
Učinkovitost solarne elektrane — Omjer proizvedene električne energije i sunčeve energije primljene u istom vremenskom intervalu na površinu, što predstavlja projekciju površine solarne elektrane na ravninu normalnu na sunčeve zrake. .
Najpopularniji solarni paneli danas omogućuju izvlačenje električne energije iz sunčevih zraka uz učinkovitost od 9 do 24%. Prosječna cijena takve baterije je oko 2 eura po vatu, dok industrijska proizvodnja električne energije iz fotonaponskih ćelija danas stoji 0,25 eura po kWh. U međuvremenu, Europska fotonaponska udruga predviđa da će do 2021. cijena industrijski proizvedene "solarne" električne energije pasti na 0,1 € po kWh.
Znanstvenici iz cijelog svijeta pokušavaju poboljšati njihovu učinkovitost fotoćelije… Svake godine stižu vijesti iz raznih instituta, gdje znanstvenici uvijek iznova uspijevaju stvoriti solarne module rekordne učinkovitosti, solarne module temeljene na novom kemijskom sastavu, solarne module s učinkovitijim koncentratorima itd.
Spectrolab je 2009. javno pokazao prve visokoučinkovite solarne ćelije. Tada je učinkovitost ćelija dosegnula 41,6%, dok je istovremeno 2011. najavljen početak industrijske proizvodnje solarnih ćelija s učinkovitošću od 39%. Kao rezultat toga, Spectrolab je 2016. započeo proizvodnju solarnih panela s učinkovitost od 30, 7% za svemirske brodove.
U 2011Solar Junction iz Kalifornije postigao je još veću učinkovitost od 43,5% sa solarnom ćelijom 5,5 mm x 5,5 mm, nadmašivši rekord koji je nedavno postavio Spectrolab. Višeslojni troetažni elementi planirali su se proizvoditi u pogonu za čiju je izgradnju bio potreban kredit Ministarstva energetike.
Sun Simba solarni sustav koji uključuje optički koncentratori s učinkovitošću od 26 do 30%, ovisno o osvijetljenosti i kutu upada svjetlosti, predstavila je 2012. godine kanadska tvrtka Morgan Solar. Elementi su uključivali galijev arsenid, germanij i pleksiglas.Ovaj razvoj omogućio je udovici da poveća učinkovitost tradicionalnih silicijskih solarnih ćelija.
Oštre troslojne ćelije na bazi indija, galija i arsenida, dimenzija 4 x 4 mm, pokazuju učinkovitost od 44,4%. Oni su demonstrirani 2013. Ali iste godine francuska tvrtka Soitec, zajedno s Berlinskim centrom. Helmholtz i stručnjaci s Fraunhofer instituta za solarne energetske sustave dovršili su razvoj fotoćelije Fresnelove leće.
Njegova učinkovitost je 44,7%. A godinu dana kasnije, 2014., Institut Fraunhofer dobio je učinkovitost od 46%, opet na elementu Fresnelove leće. Struktura solarne ćelije sastoji se od četiri spoja: indij galij fosfat, galij arsenid, galij indij arsenid i indij fosfat.
Tvorci ćelije tvrde da baterija, koja se sastoji od 52 modula, uključujući Fresnel leće (16 kvadratnih cm svaka) i ultra-učinkovite prijemne fotoćelije (samo 7 kvadratnih mm svaka) može, u principu, pretvoriti 230 sunaca svjetlosti u električnu energiju... .
Kao alternativu koja najviše obećava ovome što sada imamo, analitičari vide stvaranje fotonaponskih ćelija u bliskoj budućnosti s učinkovitošću od oko 85%, koje rade na principu ispravljanja struje uzrokovane elektromagnetskim zračenjem Sunca (uostalom, sunčeva svjetlost je elektromagnetski val s frekvencijom od oko 500 THz) na maloj nanoanteni veličine nekoliko nanometara.