17.06.2020

Сферические солнечные элементы поглощают рассеянный солнечный свет

Кремниевые солнечные элементы, составленные в сферы, позволяют повысить потенциал сбора солнечной энергии почти под любым углом без дорогих подвижных частей для слежения за солнцем.

uaEnergy

63

0

Сферические солнечные элементы поглощают рассеянный солнечный свет

Прототип сферического солнечного элемента разработали саудовские исследователи.

«Это крошечная синяя сфера, которую человек может легко держать в одной руке, как мяч для пинг-понга, - отмечают разработчики. - Эксперименты в помещении с лампой-имитатором солнечной энергии уже показали, что она может достигать от 15 до 100% большей выходной мощности по сравнению с плоским солнечным элементом с той же площадью, в зависимости от фоновых материалов, отражающих солнечный свет в сферический солнечный элемент».

Исследовательская группа надеется, что ее вдохновленный природой дизайн сможет так же хорошо достичь успеха в будущих полевых испытаниях во многих различных местах по всему миру.

"Расположение и форма глаз домашней мухи увеличивают их угловое поле зрения, так что они могут видеть примерно на 270 градусов вокруг себя в горизонтальном поле, - объясняет Назек Эль-Атабей, исследователь в области микросистемной инженерии в Университете науки и техники короля Абдаллы (KAUST) . - Так же сферическая архитектура увеличивает «угловое поле зрения» солнечного элемента, что означает, что он может собирать солнечный свет из большего количества направлений".

Чтобы создать сферическую конструкцию солнечных элементов, Эль-Атабей и ее коллеги взяли за основу свою предыдущую работу, посвященную созданию более тонких и гибких конструкций солнечных элементов, в основанную на технике гофрированных канавок. Новая работа подробно изложена в статье, которая была представлена ​​на рецензирование в журнал MRS Communications.

Тестирование с помощью лампы Solar simulator показало, что сферический солнечный элемент обеспечивает на 24% большую выходную мощность по сравнению с традиционным плоским солнечным элементом при непосредственном воздействии солнечного света. Это преимущество в мощности подскочила до 39% после того, как оба типа солнечных элементов начали нагреваться и получили некоторую потерю в энергетической эффективности - признак того, что сферическая форма может иметь некоторые преимущества в рассеивании тепла.

Сферический солнечный элемент также обеспечивал примерно на 60% большую выходную мощность, чем его плоский аналог, когда оба могли собирать только рассеянный солнечный свет под имитируемый крышей, а не получать прямой солнечный свет. Дополнительные эксперименты с различными отражающими фонами - включая алюминиевую чашку, алюминиевый бумагу, белую бумагу и песок - показали, что гексагональный алюминиевый фон чашки помог сферическом солнечном элемента превзойти плоский солнечный элемент на 100% с точки зрения выходной мощности.

Саудовская команда создала сферический солнечный элемент, используя монокристаллические кремниевые солнечные элементы, которые в настоящее время составляют почти 90% мирового производства солнечной энергии. Этот выбор был сделан с целью помочь максимизировать потенциал сбора света такими солнечными элементами, а также с целью потенциально облегчить масштабирование производства, если конструкция окажется экономически эффективной.

"Разработка продемонстрировала сверхгибкость, которую можно достичь с помощью жестких кремниевых солнечных элементов с помощью метода гофрирования в серии статей", - говорит Чже Лю, исследователь Солнечной инженерии в Массачусетском технологическом институте, который не был вовлечен в исследование. - Я взволнован возможностью создавать сферические клетки , что означает, что вы можете иметь промышленные солнечные батареи типа IBC (interdigitated back contact), которые покрывают любые формы и "соляризируют" везде".

Накопление пыли на сферическом солнечном элементе ограничено областью кремния с небольшим углом наклона. Кроме того, сферические солнечные элементы не требуют дополнительных дорогостоящих подвижных частей, чтобы постоянно отслеживать солнце.

Большие сферические солнечные элементы могут обеспечить более высокую эффективность и охват по сравнению с микросферических массивами, когда речь заходит о сборе солнечного света, отраженного от фоновых поверхностей.

Саудовские исследователи должны были вручную составлять и формировать свои сферические солнечные элементы в последний демонстрации, но они уже начали разрабатывать способы автоматизации этого процесса с помощью "роботизированных рук", чтобы имитировать ручная сборка, говорит Мухаммад Мустафа Хусейн, профессор электротехники и вычислительной техники в KAUST, который был одним из соавторов исследования.

В конце концов, Хусейн и его коллеги планируют построить и протестировать большие массивы сферических солнечных элементов. И они уже работают над новыми формами, которые напоминают палатки или зонтики. Они также интегрируют солнечные модули в дроны, которые имеют необычные формы.

Пандемия COVID-19, которая заставила закрыть исследовательские лаборатории, задержала первоначальные планы Саудовской группы по проведению испытаний на открытом воздухе. Но Хусейн говорит, что группа все еще планирует двигаться вперед с полевыми испытаниями до конца 2020 года. Он ожидает помощи от сети выпускников KAUST в итоге в испытании сферических солнечных элементов в Калифорнии, а также в таких странах, как Бангладеш, Китай, Индия, Южная Корея, Германия, Испания, Бразилия, Колумбия, Мексика, Южная Африка, Австралия и Новая Зеландия.

"Мы будем создавать массивы сферических ячеек для площадей от 100 квадратных футов до 1000 квадратных футов и будем сравнивать функциональность по расходам с традиционными центрами, - говорит Хусейн. - Потом мы будем разворачивать его в разных географических точках в течение всего года, чтобы понять его производительность и надежность".

Комментарии 0

Написать комментарий