От чего зависит КПД солнечных батарей?

867519228d1d5325856fc61d710ded0e.jpegОборудование энергоэффективных СЭС – одно из главных направлений развития альтернативной энергетики. Основным инженерным вопросом в данной отрасли является поиск путей повышения КПД и нахождение сопутствующих материалов для изготовления фотопанелей. В перспективе при появлении нужных ресурсов для создания близкой к идеалу технологии преобразования солнечного света в ток можно увеличить нынешние показатели получения энергии как минимум втрое.

КПД современных фотопанелей

Нынешние фотоэлементы имеют коэффициент полезного действия в 15-30%, что гораздо меньше теоретических показателей в 85-88%. Этот разрыв связан с большими вынужденными потерями, появляющимися в процессе преобразования света в электричество. Основными факторами, оказывающими влияние на величину энергопотерь, являются:

  • физические особенности p/n-перехода для разных видов проводников;

  • оптические законы светопоглощения и светопреломления;

  • внешняя температура и степень влажности;

  • угол размещения панелей к свету;

  • КПД и материал ячеек.

Производительность фотопанелей находится в большой зависимости от типа полупроводников, из которых изготовлены ячейки. Современные фотоэлементы изготавливают из следующих веществ и компонентов.

  1. Аморфный кремний (A-Si). До перехода на тонкопленочные технологии отдача данных батарей равнялась 5-7%, но после возросла до 14-16%. Показатель энергоэффективности находится на стабильном уровне благодаря «рыхлой» структуре, позволяющей поглощать в том числе слабое или рассеянное излучение.

  2. Поликремний (Poli-Si). Заявленный КПД находится на уровне 19-21%. Снижение показателей при неблагоприятном освещении среднее из-за того, что кристаллы поглотительного слоя расположены разнонаправленно.

  3. Монокристаллический кремний (Mono-Si). В идеальных условиях освещенности отдача способна достичь 24%. Смена угла размещения к Солнцу и увеличение температуры резко снижает показатель.

  4. Теллурид кадмия (Cd-Te). Данные фотоэлементы получают широкое распространение все больше благодаря низкой стоимости при значительной средней производительности. Они демонстрируют более стабильные показатели, нежели панели из чистого кремния из-за идеальной ширины запрещенной зоны p/n-перехода. КПД слегка уступает поликристаллам, однако в среднем энергоотдача этих батарей выше.

  5. Селенид меди/индия/галлия (CIGS). Производительность таких моделей в 40% и более достигается посредством многослойного расположения ячеек. Данные элементы имеют высокую стоимость, потому пока распространены в основном в авиакосмической отрасли.

  6. Фотоэлементы на основе органических веществ, полимеров и полупроводников с квантовыми точками. Низкая цена, простота в производстве и отличный уровень поглощения этих панелей перечеркивает незначительный срок эксплуатации, не более 2000 часов, и весьма небольшая энергоотдача в 6-15%.

Сторонние факторы, влияющие на энергоэффективность батарей

Помимо вида производственного материала на КПД фотоэлементов влияют и внешние обстоятельства. Наиболее значимыме из них перечислены ниже.

  1. Степень освещенности. Основополагающий фактор, без которого функционирование любой солнечной станции практически невозможно.

  2. Положение панелей относительно Солнца и рассеянный свет. Увеличение угла наклона больше всего действует на элементы из монокристаллов. Незначительные изменения в производительности при ухудшении условий освещения покажут редкоземельные панели.

  3. Падение тени. Моно- и поликристаллические батареи критично реагируют на данный фактор, вплоть до возникновения неисправностей. Тонкопленочные элементы этому менее подвержены.

  4. Осадки. Влага не воздействует на ячейки, однако нарушение целостности защитного слоя вследствие механического воздействия чревато потерей герметичности и появлению эффекта деградации PID.

  5. Колебания температуры. Резкие скачки пагубны для фотомодулей. При этом заморозки почти не влияют на КПД, тогда как нагрев свыше +25 градусов для элементов из моно- и поликремния вызывают снижение энергоэффективности на 0,5% с каждым градусом. Так, нагрев поверхности до 60-70 может привести к снижению производительности на 20% от заявленной.

Оставить комментарий
Спасибо за отзыв!
Ваш отзыв отправлен на модерацию. В ближайшее время мы его опубликуем.