Φωτοβολταϊκή Συστοιχία Tessellated Sun-tracking για χρήση σε περιορισμένες περιοχές

Επιστήμονες στη Νότια Κορέα κατασκεύασαν ένα τρισδιάστατο φωτοβολταϊκό σύστημα με δυνατότητα μετατροπής σχήματος, βασισμένο σε μονάδες ηλιακών κυψελών, που υποστηρίζεται ότι είναι ιδανική λύση τόσο για αστικά όσο και για αγροτικά περιβάλλοντα με περιορισμένες περιοχές για την ανάπτυξη φωτοβολταϊκών.

Το προτεινόμενο σύστημα βασίζεται σε στοιχεία σχήματος-μνήμης-κράματος που λειτουργούν ως ενεργοποιητές, με βάση τη θερμοκρασία των ηλιακών κυψελών, για αυτόματη προσαρμογή του σχήματος της συστοιχίας σε απόκριση στον ήλιο's θέση, χωρίς ανάγκη για μηχανήματα."Το εμβαδόν διατομής κάθετα στο προσπίπτον φως αυξάνεται καθώς ο ενεργοποιητής ισοπεδώνει τα πάνελ, διευκολύνοντας ένα αυτοματοποιημένο εφέ ηλιακής παρακολούθησης," εξήγησαν οι ερευνητές."Επιπλέον, αυτή η ιδέα παρακολούθησης ηλιακής ενέργειας μπορεί να εφαρμοστεί σε πτυσσόμενες μονάδες, οι οποίες έχουν το πλεονέκτημα ότι χρησιμοποιούν ευρέως διαθέσιμες εμπορικές ηλιακές κυψέλες κρυσταλλικού πυριτίου (Si)."

Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, το φωτοβολταϊκό σύστημα είναι σε θέση να αυξήσει την απόδοση ηλεκτρικής ενέργειας κατά 60 τοις εκατό σε μια μέρα σε σύγκριση με ένα σταθερό επίπεδο πάνελ λόγω του μικρότερου μήκους σκιάς και του διπλού φαινομένου που προκύπτει κατά τη μεταμόρφωση του σχήματος."Το άμεσο φως συγκεντρώνεται αποτελεσματικά σε ορισμένες επιφάνειες και το διάσπαρτο και ανακλώμενο φως συγκεντρώνεται σε άλλες επιφάνειες, ένα αποτέλεσμα που δεν μπορεί να επιτευχθεί σε ηλιακές μονάδες που χρησιμοποιούν συμβατικά συστήματα παρακολούθησης," τόνισαν.

Οι ηλιακές κυψέλες κόπηκαν σε μια σειρά σχημάτων όπως ορθογώνια, ισόπλευρα τρίγωνα και ορθογώνια τρίγωνα, με καουτσούκ σιλικόνης ή μεταλλικό πλέγμα να χρησιμοποιείται ως ραχοκοκαλιά για να δημιουργηθεί το σχήμα 2D τόξου. Οι κυψέλες τοποθετήθηκαν στη λωρίδα ραχοκοκαλιάς σε τακτά χρονικά διαστήματα και συνδέθηκαν χρησιμοποιώντας μεταλλικό σύρμα ή ηλεκτρόδια από ύφασμα και συγκόλληση. Οι λωρίδες σχήματος-μνήμης-κράματος κατασκευάστηκαν με κράμα σχήματος-μνήμης νικελίου-τιτανίου και εφαρμόστηκαν στην επιφάνεια κάθε πάνελ ηλιακών κυψελών. Τα πτυσσόμενα ηλιακά κύτταρα στη συνέχεια εγκλωβίστηκαν σε ένα υλικό σιλικόνης χρησιμοποιώντας μια μέθοδο περιβλήματος.

Οι ερευνητές επεσήμαναν ότι, στις πτυσσόμενες μονάδες, ο μετασχηματισμός της συστοιχίας ηλιακών κυψελών πυροδοτείται από τα εξαρτήματα σχήματος-μνήμης-κράματος μεταξύ των μονάδων ψηφίδας και στους χώρους σύνδεσης."Ως εκ τούτου, η θερμοκρασία των στοιχείων σχήματος-μνήμης-κράματος μεταξύ των επιφανειών των ηλιακών κυψελών είναι πιο σημαντική από τη θερμοκρασία των ίδιων των επιφανειών," είπαν επίσης."Οι θερμοκρασίες των στοιχείων σχήματος-μνήμης-κράματος που βρίσκονται μεταξύ των μονάδων ηλιακής κυψέλης σε απόσταση 3 mm από την επιφάνεια του στοιχείου και της ραχοκοκαλιάς σύνδεσης ακολουθούν παρόμοια τάση με τη θερμοκρασία της επιφάνειας της ηλιακής κυψέλης, αλλά με τιμές που είναι 2–6 βαθμόςC χαμηλότερα."

Η συσκευή δοκιμάστηκε υπό τυπικές συνθήκες φωτισμού και η απόδοσή της συγκρίθηκε με αυτή των συμβατικών σταθερών επίπεδων πάνελ. Η απόδοση του συστήματος αξιολογήθηκε με βάση τη μέγιστη ισχύ εξόδου από τη συστοιχία ανά μονάδα εγκατεστημένης περιοχής.

Η ισχύς εξόδου των πτυσσόμενων συστοιχιών ηλιακών κυψελών βρέθηκε να πέφτει με την αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης (AOI) ή να μειώνεται όταν ακολουθεί το συνημίτονο του AOI."Ωστόσο, η ανώτερη απόδοση παρακολούθησης της ηλιακής ενέργειας των συστοιχιών ηλιακών κυψελών με δυνατότητα μετατροπής σχήματος 3D επηρεάστηκε ελάχιστα από το AOI," διευκρίνισε ο κορεατικός όμιλος, σημειώνοντας ότι η απόδοση βάσει της εγκατεστημένης περιοχής αυξήθηκε από την ηλιακή παρακολούθηση με δυνατότητα μετατροπής σχήματος σε όλες τις περιπτώσεις."Η αποτελεσματικότητα των συστοιχιών ηλιακών κυψελών με δυνατότητα μετατροπής σχήματος σε σχέση με την περιοχή εγκατάστασης μπορεί να προσφέρει ανώτερη πανκατευθυντική απόδοση σε σύγκριση με τα επίπεδα σταθερά ηλιακά πάνελ."

Οι ηλιακές κυψέλες σε σχήμα τριγώνου με κλειστή γωνία έδειξαν την καλύτερη απόδοση στο κοντό τόξο και πρόσφεραν ανώτερη απόδοση υπό πανκατευθυντικό προσπίπτον φως."Το τμήμα της συστοιχίας που αυτοσκιάζεται κατά τη διάρκεια του μετασχηματισμού σχήματος λειτουργεί ως η πίσω όψη μιας διπλής όψης φωτοβολταϊκού στοιχείου, παρέχοντας συστοιχίες ηλιακών κυψελών με δυνατότητα μετατροπής σχήματος με τα πλεονεκτήματα τόσο ενός ηλιακού συστήματος παρακολούθησης όσο και μιας διπρόσωπης φωτοβολταϊκής μονάδας." κατέληξαν οι επιστήμονες."Αυτή η μελέτη εισάγει την έννοια της φωτοβολταϊκής μονάδας με δυνατότητα μετατροπής σχήματος. Απομένουν πολλοί ακόμη τομείς έρευνας, συμπεριλαμβανομένης της αποτελεσματικής διαχείρισης ενέργειας κάθε κυψέλης και τρισδιάστατων σχεδίων κατάλληλων για συγκεκριμένες εφαρμογές."

Η τεχνολογία κυψελών εισήχθη στην εργασία"Αυτοματοποιημένα φωτοβολταϊκά κύτταρα Si-μετασχηματιζόμενα με αυτο-παρακολούθηση ηλιακής δέσμης με χρήση επιτόπου ενεργοποίησης σχήματος-μνήμης-κράματος," δημοσιεύονται σε επιστημονικές εκθέσεις. Η ερευνητική ομάδα αποτελείται από επιστήμονες από το Ινστιτούτο Ηλεκτροτεχνολογίας της Κορέας και το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας.