Сферичні cонячні елементи поглинають розсіяне сонячне світло

Кремнієві сонячні елементи складені у сфери дозволяють підвищити потенціал збору сонячної енергії майже під будь-яким кутом без дорогих рухомих частин для стеження за сонцем.

Прототип сферичного сонячного елемента розробили саудівські дослідники, передає spectrum.

«Це крихітна синя сфера, яку людина може легко тримати в одній руці, як м'яч для пінг-понгу, - зазначають розробники. - Експерименти у приміщенні з лампою-імітатором сонячної енергії вже показали, що вона може досягати від 15 до 100% більшої вихідної потужності у порівнянні з плоским сонячним елементом з тією ж площею землі, у залежності від фонових матеріалів, що відображають сонячне світло у сферичний сонячний елемент».

Дослідницька група сподівається, що її натхненний природою дизайн зможе так само добре досягти успіху у майбутніх польових випробуваннях у багатьох різних місцях по всьому світу.

"Розташування і форма очей домашньої мухи збільшують їх кутове поле зору, так що вони можуть бачити приблизно на 270 градусів навколо себе у горизонтальному полі,- пояснює Назек Ель-Атаб, дослідник у сфері мікросистемної інженерії в Університеті науки і техніки короля Абдалли (KAUST). - Так само сферична архітектура збільшує «кутове поле зору» сонячного елемента, що означає, що він може збирати сонячне світло з більшої кількості напрямків”.

Щоб створити сферичну конструкцію сонячних елементів, Ель-Атаб та її колеги взяли за основу свою попередню роботу, присвячену створенню більш тонких та гнучких конструкцій сонячних елементів, в засновану на техніці гофрованих канавок. Нова робота детально викладена у статті, яка була представлена на рецензування у журнал MRS Communications.


Тестування за допомогою лампи Solar simulator показало, що сферичний сонячний елемент забезпечує на 24 % більшу вихідну потужність в порівнянні з традиційним плоским сонячним елементом при безпосередньому впливі сонячного світла. Ця перевага у потужності підскочила до 39 % після того, як обидва типи сонячних елементів почали нагріватися і зазнали деяку втрату в енергетичній ефективності — ознака того, що сферична форма може мати деякі переваги в розсіюванні тепла.

Сферичний сонячний елемент також забезпечував приблизно на 60% більшу вихідну потужність, ніж його плоский аналог, коли обидва могли збирати тільки розсіяне сонячне світло під імітованим дахом, а не отримувати пряме сонячне світло. Додаткові експерименти з різними відбивними фонами - включаючи алюмінієву чашку, алюмінієвий папір, білий папір і пісок - показали, що гексагональний алюмінієвий фон чашки допоміг сферичному сонячному елементу перевершити плоский сонячний елемент на 100% з точки зору вихідної потужності.

Саудівська команда створила сферичний сонячний елемент, використовуючи монокристалічні кремнієві сонячні елементи, які в даний час складають майже 90% світового виробництва сонячної енергії. Цей вибір був зроблений з метою допомогти максимізувати потенціал збору світла такими сонячними елементами, а також з метою потенційно полегшити масштабування виробництва, якщо конструкція виявиться економічно ефективною.

“Розробка продемонструвала надгнучкість, яку можна досягти за допомогою жорстких кремнієвих сонячних елементів за допомогою методу гофрування у серії статей", - говорить Чже Лю, дослідник Сонячної інженерії у Массачусетському технологічному інституті, який не був залучений до дослідження. - Я схвильований можливістю створювати сферичні клітини, що означає, що ви можете мати промислові сонячні батареї типу IBC (interdigitated back contact), які покривають будь-які форми і "соляризують" скрізь».

Накопичення пилу на сферичному сонячному елементі обмежене областю кремнію з невеликим кутом нахилу. Крім того, сферичні сонячні елементи не вимагають додаткових дорогих рухомих частин, щоб постійно відстежувати сонце.

Більші сферичні сонячні елементи можуть забезпечити більш високу ефективність і охоплення у порівнянні з мікросферичними масивами, коли мова заходить про збір сонячного світла, відбитого від фонових поверхонь.

Саудівські дослідники повинні були вручну складати і формувати свої сферичні сонячні елементи в останній демонстрації, але вони вже почали розробляти способи автоматизації цього процесу за допомогою "роботизованих рук", щоб імітувати ручне складання, говорить Мухаммад Мустафа Хусейн, професор електротехніки та обчислювальної техніки в KAUST, який був одним із співавторів дослідження.

Зрештою, Хусейн і його колеги планують побудувати і протестувати великі масиви сферичних сонячних елементів. І вони вже працюють над новими формами, які нагадують намети або парасольки. Вони також інтегрують сонячні модулі у дрони, які мають незвичайні форми.

Пандемія COVID-19, яка змусила закрити дослідницькі лабораторії, затримала початкові плани Саудівської групи з проведення випробувань на відкритому повітрі. Але Хусейн каже, що група все ще планує рухатися вперед з польовими випробуваннями до кінця 2020 року. Він очікує допомоги від мережі випускників KAUST в кінцевому підсумку випробуванні сферичних сонячних елементів в Каліфорнії, а також в таких країнах, як Бангладеш, Китай, Індія, Південна Корея, Німеччина, Іспанія, Бразилія, Колумбія, Мексика, Південна Африка, Австралія і Нова Зеландія.

"Ми будемо створювати масиви сферичних осередків для площ від 100 квадратних футів до 1000 квадратних футів і будемо порівнювати функціональність за витратами з традиційними осередками, - говорить Хусейн. - Потім ми будемо розгортати його у різних географічних точках протягом усього року, щоб зрозуміти його продуктивність і надійність”.

Якщо Ви помітили орфографічну помилку, виділіть її мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Новини по темі:

comments powered by Disqus
Система Orphus
Щотижнева
e-mail розсилка