Efficiëntie van zonnecellen en -modules

Elk jaar worden de problemen van energietekort en milieuvervuiling erger en erger: fossiele bronnen raken uitgeput en het menselijke elektriciteitsverbruik neemt voortdurend toe. In deze context is het helemaal niet verwonderlijk dat wetenschappers alternatieve methoden voor het opwekken van elektriciteit blijven verbeteren.

Samen met andere schone bronnen, zoals wind, getijden, zeegolven, aardwarmte en andere, verliezen ze niet hun belang en zonne-energie centrales, traditioneel opgebouwd uit batterijen op basis van fotovoltaïsche cellen. De belangrijkste eis aan zonnecellen is een zo hoog mogelijk rendement, een zo hoog mogelijk rendement van de omzetting van zonnestraling in elektriciteit.

Het addertje onder het gras met zonnecellen is dat hoewel de stralingsflux (die van de zon uitstraalt en de aarde bereikt) een specifiek vermogen heeft aan de bovengrens van de atmosfeer in de buurt van 1400 W/m2, toch bij bewolkt weer nabij het aardoppervlak op het Europese continent blijkt slechts 100 W / m² te zijn. en nog minder.

Efficiëntie van een zonnecel, module, array - De verhouding van de elektrische output van een zonnecel, module, batterij tot het product van de zonne-energiefluxdichtheid per gebied, respectievelijk, van de cel, module, batterij.

Efficiëntie van de zonne-energiecentrale - De verhouding van de opgewekte elektrische energie tot de ontvangen zonne-energie gedurende hetzelfde tijdsinterval naar het oppervlak, wat de projectie vormt van het gebied van de zonne-energiecentrale op een vlak loodrecht op de zonnestralen .

De meest populaire zonnepanelen van vandaag maken het mogelijk om elektriciteit uit zonnestralen te halen met een rendement van 9 tot 24%. De gemiddelde prijs van zo'n batterij is ongeveer 2 euro per watt, terwijl de industriële productie van elektriciteit uit fotovoltaïsche cellen vandaag 0,25 euro per kWh kost. Ondertussen voorspelt de European Photovoltaic Association dat tegen 2021 de kosten van industrieel opgewekte "zonne" elektriciteit zullen dalen tot € 0,1 per kWh.

Wetenschappers van over de hele wereld proberen de efficiëntie van die van hen te verbeteren fotocellen… Elk jaar is er nieuws van verschillende instituten, waar wetenschappers er steeds weer in slagen om zonnemodules te creëren met een recordrendement, zonnemodules op basis van een nieuwe chemische samenstelling, zonnemodules met efficiëntere concentratoren, enz.

De eerste zeer efficiënte zonnecellen werden in 2009 publiekelijk gedemonstreerd door Spectrolab. Toen bereikte het rendement van de cellen 41,6%, terwijl tegelijkertijd in 2011 de start van de industriële productie van zonnecellen met een rendement van 39% werd aangekondigd. Hierdoor startte Spectrolab in 2016 met de productie van zonnepanelen met een efficiëntie van 30, 7% voor ruimteschepen.

In 2011Het in Californië gevestigde Solar Junction behaalde een nog hoger rendement van 43,5% met een zonnecel van 5,5 mm bij 5,5 mm, waarmee het record dat onlangs door Spectrolab was gevestigd werd overtroffen. Het was de bedoeling dat de meerlagige elementen met drie niveaus zouden worden vervaardigd in een fabriek, waarvoor voor de constructie een lening van het ministerie van Energie nodig was.

Sun Simba zonnestelsel inclusief optische concentratoren met een rendement van 26 tot 30%, afhankelijk van de verlichting en de invalshoek van het licht, werd in 2012 gepresenteerd door het Canadese bedrijf Morgan Solar. De elementen omvatten galliumarsenide, germanium en plexiglas Door deze ontwikkeling kon een weduwe de efficiëntie van traditionele siliciumzonnecellen verhogen.

Scherpe drielaagse cellen op basis van indium, gallium en arsenide van 4 bij 4 mm laten een rendement van 44,4% zien. Ze werden gedemonstreerd in 2013. Maar in datzelfde jaar kwam het Franse bedrijf Soitec samen met het Berlin Center. Helmholtz en specialisten van het Fraunhofer Instituut voor Zonne-energiesystemen hebben de ontwikkeling van een Fresnel-lensfotocel voltooid.

Het rendement is 44,7%. En een jaar later, in 2014, behaalde het Fraunhofer Instituut een rendement van 46%, wederom op een Fresnel-lenselement. De zonnecelstructuur bevat vier verbindingen: indium galliumfosfaat, galliumarsenide, gallium indiumarsenide en indiumfosfaat.

De makers van de cel beweren dat de batterij, bestaande uit 52 modules, inclusief Fresnel-lenzen (elk 16 vierkante cm) en ultra-efficiënte ontvangende fotocellen (elk slechts 7 vierkante mm), in principe 230 zonnen licht kan omzetten in elektriciteit … .

Het meest veelbelovende alternatief voor wat we nu hebben, analisten zien in de nabije toekomst de creatie van fotovoltaïsche cellen met een efficiëntie van ongeveer 85%, werkend volgens het principe van het corrigeren van de stroom veroorzaakt door de elektromagnetische straling van de zon (zonlicht is een elektromagnetische golf met een frequentie van ongeveer 500 THz) op een kleine nanoantenne met een grootte van enkele nanometers.