Efficienza di celle e moduli solari

Ogni anno, i problemi della carenza di energia e dell'inquinamento ambientale peggiorano sempre di più: le risorse fossili si esauriscono e il consumo umano di elettricità è in costante aumento. In questo contesto, non sorprende affatto che gli scienziati continuino a migliorare metodi alternativi per generare elettricità.

Insieme ad altre fonti pulite, come il vento, le maree, le onde del mare, il calore della terra e altri, non perdono la loro importanza e centrali solari, tradizionalmente costruito da batterie basate su celle fotovoltaiche. Il requisito principale per le celle solari è la massima efficienza possibile, la massima efficienza possibile della conversione della radiazione solare in elettricità.

Il problema con le celle solari è che sebbene il flusso di radiazione (che si irradia dal Sole e raggiunga la Terra) abbia una potenza specifica al limite superiore dell'atmosfera nella regione di 1400 W / m2, tuttavia con tempo nuvoloso vicino alla superficie terrestre su il continente europeo risulta solo 100 W/mq. e ancora meno.

Efficienza di una cella solare, modulo, array — Il rapporto tra l'uscita elettrica di una cella solare, modulo, batteria e il prodotto della densità del flusso di energia solare per area, rispettivamente, della cella, modulo, batteria.

Efficienza dell'impianto solare — Il rapporto tra l'energia elettrica generata e l'energia solare ricevuta durante lo stesso intervallo di tempo rispetto alla superficie, che costituisce la proiezione dell'area dell'impianto solare su un piano normale ai raggi del sole .

I pannelli solari più diffusi oggi consentono di estrarre elettricità dai raggi del sole con un'efficienza dal 9 al 24%. Il prezzo medio di una tale batteria è di circa 2 euro per watt, mentre la produzione industriale di elettricità da celle fotovoltaiche oggi costa 0,25 euro per kWh. Nel frattempo, l'Associazione europea del fotovoltaico prevede che entro il 2021 il costo dell'elettricità "solare" generata industrialmente scenderà a 0,1 euro per kWh.

Scienziati di tutto il mondo stanno cercando di migliorare la loro efficienza fotocellule… Ogni anno ci sono notizie da vari istituti, dove ancora e ancora gli scienziati riescono a creare moduli solari con efficienza record, moduli solari basati su una nuova composizione chimica, moduli solari con concentratori più efficienti, ecc.

Le prime celle solari ad alta efficienza sono state dimostrate pubblicamente nel 2009 da Spectrolab. Quindi l'efficienza delle celle ha raggiunto il 41,6%, mentre allo stesso tempo è stato annunciato l'inizio della produzione industriale di celle solari con un'efficienza del 39% nel 2011. Di conseguenza, nel 2016 Spectrolab ha avviato la produzione di pannelli solari con un efficienza del 30,7% per le astronavi.

Nel 2011Solar Junction, con sede in California, ha raggiunto un'efficienza ancora più elevata del 43,5% con una cella solare da 5,5 mm per 5,5 mm, superando il record recentemente stabilito da Spectrolab. Gli elementi multistrato a tre livelli dovevano essere fabbricati in uno stabilimento, la cui costruzione richiedeva un prestito del Ministero dell'Energia.

Sistema solare Sun Simba che include concentratore otticoe con un'efficienza dal 26 al 30%, a seconda dell'illuminazione e dell'angolo di incidenza della luce, è stato presentato nel 2012 dalla società canadese Morgan Solar. Gli elementi includevano arseniuro di gallio, germanio e plexiglass.Questo sviluppo ha permesso a una vedova di aumentare l'efficienza delle tradizionali celle solari al silicio.

Celle affilate a tre strati a base di indio, gallio e arseniuro, che misurano 4 x 4 mm, mostrano un'efficienza del 44,4%. Sono stati dimostrati nel 2013. Ma nello stesso anno, la società francese Soitec, insieme al Centro di Berlino. Helmholtz e gli specialisti del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems hanno completato lo sviluppo di una fotocellula con lente di Fresnel.

La sua efficienza è del 44,7%. E un anno dopo, nel 2014, il Fraunhofer Institute ha ottenuto un'efficienza del 46%, sempre su una lente di Fresnel. La struttura della cella solare contiene quattro giunzioni: fosfato di gallio indio, arseniuro di gallio, arseniuro di indio gallio e fosfato di indio.

I creatori della cella affermano che la batteria, composta da 52 moduli, comprese lenti di Fresnel (16 cmq ciascuna) e fotocellule riceventi ultra efficienti (solo 7 mmq ciascuna) può, in linea di principio, convertire 230 soli di luce in elettricità... .

L'alternativa più promettente a quella che abbiamo ora, gli analisti vedono la creazione nel prossimo futuro di celle fotovoltaiche con un'efficienza di circa l'85%, che lavorano sul principio della correzione della corrente causata dalla radiazione elettromagnetica del Sole (dopo tutto, la luce solare è un'onda elettromagnetica con una frequenza di circa 500 THz) su una piccola nanoantenna con una dimensione di pochi nanometri.