Инженеры из Австралийского центра передовой фотовольтаики при Университете Нового Южного Уэльса сообщили о значительном прогрессе в увеличении эффективности солнечных панелей. Созданная ими конструкция обладает рекордной эффективностью в 34,5% — это примерно в два раза больше коммерчески доступных панелей, и уже приближается к теоретическому максимуму.
Рекордный показатель для панелей, не использующих фокусирующие линзы (то есть, таких, какие обычно используются в домашнем хозяйстве), достигается при помощи призмы, к одной из граней которой присоединён фотоэлемент. В эксперименте использовался элемент площадью 28 кв.см. Предыдущий рекорд в 24% эффективности был достигнут на гораздо большем по площади фотоэлементе (800 кв.см.). Данные были подтверждены независимыми экспертами из американской лаборатории возобновляемой энергии (USNREL).
Материал прозрачной призмы разделяет входящий свет на четыре диапазона длин волн, каждый из которых эффективно преобразовывается в электричество. Материал обладает большой прозрачностью, а форма призмы позволяет удерживать попавший в неё свет, минимизируя утечки энергии.
К сожалению, до использования подобных элементов на крышах домов ещё пока далеко: лабораторный образец, служащий пока доказательством работоспособности концепции, обошёлся в $3000. Для экспериментальной технологии это немного, но должно пройти время, пока инженеры разработают процессы для промышленного производства элементов по доступной себестоимости.
Один из инженеров проекта, Марк Киверс [Mark Keevers], говорит, что коммерческое применение новая технология сможет найти лет через десять. Разработчики пообещали улучшать показатели своей конструкции, увеличивая эффективность и уменьшая стоимость.
Комментарии (30)
Foolleren
19.05.2016 20:49То есть люди мучаются изобретают просветляющие покрытия для кремния, а тут решили налепить призму и отразить обратно в кремний, отражённый от кремния луч?, вопрос что дешевле? тонкая плёнка с использованием рутения/скандия/гольмия, или кусок стекла.
qbertych
20.05.2016 10:36Чуть хитрее. Там два солнечных элемента: один кремниевый (на видимый и ИК до 1 мкм), второй германиевый или InGaAs/InGaP (дальше 1 мкм). Покрытие на нижней грани призмы отражает свет до 1 микрона на Si детектор и пропускает все остальное на германиевый. В результате излучение разных спектральных диапазонов используется более эффективно.
Foolleren
20.05.2016 10:45+2Получается проще тупо взять больше классических фотоэлементов и фиг с ним с кпд, если конечно нет жёсткого ограничения на площадь конструкции.
Mad__Max
20.05.2016 23:29+1Так и делают иногда. Некоторые недавно построенные крупные солнечные электростанции(например в США) вообще используют панели с КПД всего 9-12%, хотя когда они строились в продаже уже были серийные промышленные монокристаллические с КПД в 20-21%.
Просто посчитали экономику и решили, что поставить не слишком эффективные, но зато очень дешевые пленочные панели будет несколько выгоднее, чем эффективные но более дорогие монокристаллические. Площадь правда пришлось почти в 2 раза больше использовать, но земля была крайне дешевая — в полупустыне строят, на земле которая ни для чего полезного не используется и которой еще очень много.
serafims
19.05.2016 22:13+9А с чем связан теоретический максимум добычи электроэнергии фотоэлементами?
impetus
19.05.2016 22:44С солнечной постоянной? Или вы про %?
FoxF
19.05.2016 22:55+1% — «Созданная ими конструкция обладает рекордной эффективностью в 34,5% — это примерно в два раза больше коммерчески доступных панелей, и уже приближается к теоретическому максимуму.»
Giriia
19.05.2016 23:16И заодно дополню.
А какой предел вообще?
PlayTime
20.05.2016 01:02в теории думаю что около 100%.
Andy_Big
20.05.2016 06:07Думаю, что поменьше. Не весь диапазон солнечного излучения может преобразоваться фотоэлементом в электричество :)
ikaktys
20.05.2016 11:08+1https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell#Efficiency
Single p–n junction crystalline silicon devices are now approaching the theoretical limiting power efficiency of 33.7%
https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle#Thermodynamisches_Limit_II
т.е. теоретически где то 85% если использовать для каждой длины волны свой pn переход, а для одного перехода макс 41%:
https://de.wikipedia.org/wiki/Shockley-Queisser-Grenze
shuvaevgl
20.05.2016 08:02Мощность солнечных панелей принято измерять при освещении порядка 1000 Вт\м.кв. И с одного квадратного метра панелей собирают 120-150 Вт электрической мощности. Помимо видимого спектра еще идет ультрафиолет и инфракрасные лучи, поэтому далеко не вся мощность преобразуется в электрическую. Кроме того, при росте температуры кремниевых пластин их КПД падает. Действует и обратное правило: при снижении температуры КПД возрастает. Именно поэтому при расчете солнечной электростанции выбирают контроллер с запасом минимум в 20%, так как при ярком солнце зимой выработка может составить до 120% от заявленной на панели.
doobrik
20.05.2016 09:32+1Да ладно.
12 Квт панелей на 10 Квт интверторе. 92,1 Квт?час
10 Квт панелей на 10 Квт инверторе. 78,3 Квт?час
Увеличение панелей на 20% увеличило выработку на 17,6%. Не такие и большие потери при 20% перегрузке.
Сколько бы мы могли получить с 10 Квт панелей, поставив более мощный инвертор? 80 вместо 78,3? И это только в первый год, дальше мощность панелей упадёт, и не получим вобще никакого выиграша. Стоит ли оно того? Инверторы не бесплатные, может выгоднее больше панелей (и инверторов к ним) купить на эти деньги, ну или пива.shuvaevgl
21.05.2016 08:58Инвертор — суть преобразователь. Энергию полученную от солнечных панелей сохраняет в аккумуляторах солнечный контроллер. А уже из аккумуляторов инвертор преобразует постоянный ток в переменный и поднимает до 220В непосредственно инвертор. Итак, нужно 4 элемента для работы солнечной системы: солнечные батареи, солнечный контроллер, аккумуляторы, инвертор.
Есть более простые системы, в которых используется grid-tie солнечный контроллер, который энергию от солнечных панелей преобразует сразу в АС 220В. Но для работы ему необходимо опорное напряжение, то есть сеть уже должна быть. Как только внешняя сеть отключается, солнечные панели превращаются втыквуукрашение. Кроме того, энергосистема так устроена, что как только мощность выдачи панелей превышает потребляемую в доме, энергия от солнечных панелей начнет уходить в общие электросети. Это хорошо в Германии и прочих странах Европы, где государство покупает «Зеленую» энергию по хорошим тарифам. В РФ и странах СНГ за отданную в сеть энергию счетчик будет крутить так же, как будто вы не отдаете, а потребляете электроэнергию — просто у нас счетчики считают энергию по модулю.
Для того, чтобы использовать энергию по максимуму и не платить за то, что может утечь в сеть, надо использовать гибридные инверторы. Если интересно, я написал цикл статей о солнечной энергетике — добро пожаловать.
doobrik
20.05.2016 07:26У Санпавера КПД панелей 22,2% (SPR-X22-360), КПД ячеек, думаю, около 24(По Х22 информации нету, но стандартно КПД панелей на 1,7-1,8% ниже чем КПД ячеек). 34,5 это никак не почти вдвое больше чем 24.
loly_girl
20.05.2016 09:09проститеЛунная призма, дай мне силу!
Bedal
20.05.2016 10:28-1Фактически за счёт призмы выполнили ту же работу, что делают линзы — подали на пластину свет интенсивностью больше естественного. А потом пересчитали эффективность по естественному уровню.
Собственно, и — всё? А, нет, нужно ещё найти контролёра, непременно из «лаборатории возобновляемой энергии», это гарантирует беспристрастность.kasperos
20.05.2016 12:51С помощью призмы разделили поток света на два эффективных диапазона для последующего преобразования, и увеличили суммарную площадь преобразующих элементов при той-же площади панели в целом.
Навскидку суммарная площадь двух элементов увеличилась примерно в полтора раза относительно источника света, увеличился выход электричества примерно в те-же 1,5 раза.Bedal
20.05.2016 13:03Там нет того, что Вы описываете. Смотрите сами — за счёт внутреннего отражения на панель (вертикальная стенка) отражается всё, что падает на гипотенузную стенку. Собственно, и всё. Банальная концентрация света.
kasperos
20.05.2016 13:35На коротком катете расположен кремниевый элемент (Si), на гипотенузе Германиевый (Ge) или GalnP/GalnAs (может в куче все «GalnP/GalnAs/Ge»). Свет на кремниевый элемент концентрируется через отражение фильтрующей пленкой с гипотенузы, все остальное падает на германиевый.
Предполагаю что кремний лучше преобразует небольшой диапазон излучения, а германию не критично что у него отжали часть спектра.Bedal
20.05.2016 14:08Да, mea culpa. Но и с этой точки зрения — всяко нужно уточнять, относительно площадь чего считают. Фактически увеличивают площадь панелей (и, соответственно, стоимость). Эффективность использования занимаемой площади за счёт перехода к объёму?
Foolleren
20.05.2016 15:21тут ещё интересно оценить кпд с точки зрения реального использования, призма очевидно не работает для света падающим под острым углом, да и в северных странах снег может давать 360 градусов существенного светового потока.
marliotto
20.05.2016 10:39Почему 34.5% является близким к теоретическому максимуму?
Сразу же после статьи в блоке похожих публикаций заголовок статьи, где пишут про КПД до 80%.
Может кто то объяснить какие цифры на самом деле реальны?ptica_filin
20.05.2016 10:49Может, считают КПД по-разному? Например, одни за 100% берут полную энергию солнечных лучей, а другие только из тех диапазонов, которые можно преобразовать в электричество. Тогда у первых КПД получится ниже.
ikaktys
20.05.2016 11:10+2https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle#Thermodynamisches_Limit_II
Термодинамический теоретический лимит вообще — 85%
https://de.wikipedia.org/wiki/Shockley-Queisser-Grenze
Теоретический лимит для батареи с одним pn-переходом — 41%Mad__Max
20.05.2016 23:37Ну тогда тут некорректное все-таки высказывание про приближение к теоретическому пределу. Тут кроме призмы еще и 2 pn перехода из разных материалов. А для 2х компонентных 34.5% это не так уж много.
У нас (Россия, Санкт-Петербург) уже давно подобные делали с КПД в районе 40% с несколькими переходами без всяких призм. Просто верхний слой полупрозрачный в том диапазоне излучения в котором работает нижний.
Правда несмотря на такой отличный КПД, они получались дорогими и по экономическим показателям проигрывали обычным батареями c КПД до 20%, но зато дешевым. Кроме случаев когда крайне важно снизить занимаемую площадь.
Не знаю живо ли производство сейчас, давно не слышно — скорее всего не выдержало конкуренции с более простыми и дешевыми технологиями.
AntonSor
Потом призму сделают пластиковой и малогабаритной (микропризму), и пойдет в дело.