Τα φωτοβολταϊκά με συγκέντρωση ταράτσας υπερισχύουν του πυριτίου σε δοκιμές σε εξωτερικούς χώρους

& quot;Τα ηλιακά κύτταρα κάποτε ήταν ακριβά, αλλά τώρα'γίνονται πολύ φθηνά," είπε ο Chris Giebink, Charles K. Etner Επίκουρος Καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, Penn State."Ως αποτέλεσμα, το ηλιακό στοιχείο δεν είναι πλέον το κυρίαρχο κόστος της ενέργειας που παράγει. Το μεγαλύτερο μέρος του κόστους έγκειται ολοένα και περισσότερο σε οτιδήποτε άλλο -- τον μετατροπέα, την εργασία εγκατάστασης, τα τέλη αδειοδότησης κ.λπ. -- όλα τα πράγματα που συνηθίζαμε να παραμελούμε."

Αυτό το μεταβαλλόμενο οικονομικό τοπίο έχει δώσει προτεραιότητα στην υψηλή απόδοση. Σε αντίθεση με τους ηλιακούς συλλέκτες πυριτίου, που κυριαρχούν επί του παρόντος στην αγορά με απόδοση 15 έως 20%, τα φωτοβολταϊκά συγκεντρώνουν το ηλιακό φως σε μικρότερα, αλλά πολύ πιο αποδοτικά ηλιακά κύτταρα, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στους δορυφόρους, για να επιτρέψουν τη συνολική απόδοση 35 έως 40%. Τα τρέχοντα συστήματα CPV είναι μεγάλα -- στο μέγεθος των πινακίδων -- και πρέπει να περιστρέφονται για να παρακολουθούν τον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αυτά τα συστήματα λειτουργούν καλά σε ανοιχτά πεδία με άφθονο χώρο και πολύ άμεσο ήλιο.

& quot;Αυτό που προσπαθούμε να κάνουμε'είναι να δημιουργήσουμε ένα σύστημα CPV υψηλής απόδοσης με τη μορφή ενός παραδοσιακού ηλιακού πάνελ πυριτίου," είπε ο Τζίμπινκ.

Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν μικροσκοπικά ηλιακά κύτταρα πολλαπλών συνδέσεων, περίπου μισού χιλιοστού τετραγώνου, σε ένα φύλλο γυαλιού που γλιστρά ανάμεσα σε ένα ζευγάρι πλαστικών συστοιχιών φακών. Η όλη διάταξη έχει πάχος περίπου δύο εκατοστά και η παρακολούθηση γίνεται ολισθαίνοντας το φύλλο των ηλιακών κυψελών πλευρικά μεταξύ της διάταξης φακών ενώ το πάνελ παραμένει στερεωμένο στην οροφή. Μια ολόκληρη ημερήσια παρακολούθηση's απαιτεί περίπου ένα εκατοστό κίνησης, η οποία είναι πρακτικά ανεπαίσθητη.

& quot;Στόχος μας σε αυτά τα πρόσφατα πειράματα ήταν να δείξουμε την τεχνική σκοπιμότητα ενός τέτοιου συστήματος," είπε ο Τζίμπινκ."Συνθέσαμε ένα πρωτότυπο με ένα μόνο μικροκύτταρο και ένα ζευγάρι φακών που συγκεντρώνουν το ηλιακό φως περισσότερες από 600 φορές, το βγάλαμε σε εξωτερικούς χώρους και του έβαλαν να παρακολουθεί αυτόματα τον ήλιο κατά τη διάρκεια μιας ολόκληρης ημέρας."

Επειδή η ομάδα έπρεπε να γνωρίζει ακριβώς πόσο άμεσο και διάχυτο ηλιακό φως υπήρχε κατά τη διάρκεια της δοκιμής, εγκαταστάθηκε στο Russell E. Larson Agricultural Research Center στο Penn State όπου υπάρχει μια τοποθεσία παρακολούθησης της ακτινοβολίας επιφανείας της Εθνικής Διοίκησης Ωκεανών και Ατμόσφαιρας. Οι μεταπτυχιακοί φοιτητές Jared Price και Alex Grede συνεργάστηκαν με τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Baomin Wang για να δοκιμάσουν το σύστημα σε δύο ηλιόλουστες ημέρες από την αυγή μέχρι το σούρουπο δίπλα σε ένα εμπορικό ηλιακό κύτταρο πυριτίου.

Οι ερευνητές αναφέρουν στο Nature Energy, ότι το σύστημα CPV έφτασε το 30 τοις εκατό απόδοση, σε αντίθεση με το 17 τοις εκατό απόδοση της κυψέλης πυριτίου. Συνολικά καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας, το σύστημα CPV παρήγαγε 54 τοις εκατό περισσότερη ενέργεια από το πυρίτιο και θα μπορούσε να φτάσει το 73 τοις εκατό εάν αποφευχθεί η θέρμανση των μικροκυττάρων από το έντονο ηλιακό φως.

Σύμφωνα με τον Giebink, αυτή η ενσωματωμένη τεχνολογία παρακολούθησης CPV θα ήταν τέλεια για μέρη με πολύ άμεσο ηλιακό φως, όπως οι νοτιοδυτικές ΗΠΑ ή η Αυστραλία.

Ο Giebink σημειώνει ότι υπάρχουν ακόμη μεγάλες προκλήσεις για την κλιμάκωση του συστήματος σε μεγαλύτερες περιοχές και την απόδειξη ότι μπορεί να λειτουργήσει αξιόπιστα μακροπρόθεσμα, αλλά παραμένει αισιόδοξος.

& quot;Με τη σωστή μηχανική,'εξετάζουμε μια σταδιακή αλλαγή στην απόδοση που θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε εφαρμογές που κυμαίνονται από ταράτσες έως ηλεκτρικά οχήματα -- πραγματικά οπουδήποτε's σημαντικό για την παραγωγή μεγάλης ηλιακής ενέργειας από μια περιορισμένη περιοχή."