Гибридный высокий

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5206 (2023) Цитировать эту статью

546 Доступов

10 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании мы предлагаем новый фотоэлектрический элемент высокой концентрации (HCPV), учитывая как характеристики утечки света модулей солнечных элементов на основе линз Френеля, так и проблемы производительности, возникающие из-за затенения облаков при практическом использовании. Мы используем системы собственной разработки для проведения полевых измерений сроком до полугода в различных условиях окружающей среды. Согласно полученным результатам, было удивительно узнать, что в области, отличной от зоны фокусировки, так называемой области рассеяния света, всегда имеется освещенность около 20 000–40 000 лк, будь то солнечный день или пасмурный день с погодой. различные облачные условия. Столь интересный результат обусловлен рассеянием света облаками и свойством рассеяния, свойственным линзе Френеля. Чтобы доказать этот важный вывод, мы смоделировали освещенность конструкции линзы Френеля, используемой при измерении, с апертурами разных размеров для определения обнаруженной области. В лаборатории диффузные пластины использовались для имитации ситуации различной толщины облачного слоя. Тенденция результатов расчетов и измерений хорошо соответствовала полевым измерениям. Кроме того, результаты экспериментов и моделирования показывают, что за утечку света ответственны закругленный угол и выступ линзы Френеля. Это открытие побудило нас предложить гибридный солнечный модуль высокой концентрации, в котором более экономичные солнечные элементы из поликристаллического кремния размещаются вокруг высокоэффективной пластины HCPV для улавливания рассеянного света и преобразования его в полезную электроэнергию.

Среди 17 взаимосвязанных глобальных целей устойчивого развития (ЦУР), установленных Генеральной Ассамблеей Организации Объединенных Наций в 2015 году, доступная и чистая энергия является важным показателем лучшего и более устойчивого будущего для всех. Поэтому для экологически чистого и устойчивого производства энергии исследователи используют различные природные ресурсы для получения так называемой зеленой энергии, включая энергию ветра, геотермальную энергию, гидроэлектроэнергию, энергию приливов, солнечную энергию и т. д. Среди них солнечная фотоэлектрическая энергия в меньшей степени ограничена местностью или местоположение и являются источником энергии, который можно получить практически в любой точке мира1. Поэтому эффективное преобразование световой энергии Солнца в электрическую энергию, которую можно легко использовать, всегда было конечной целью развития человеческой жизни. Панели солнечных батарей, изготовленные из полупроводниковых материалов, признаны наиболее экономичным устройством для производства солнечной энергии. За последние несколько десятилетий это устройство стало широко использоваться для выработки электроэнергии из солнечных лучей. Их можно встретить на крышах общественных зданий и отдельных домов по всему миру. Как правило, материалы, используемые в солнечных панелях на основе полупроводников, представляют собой поликристаллический кремний или составные полупроводники III–V и II–VI, а их эффективность фотопреобразования составляет 15% и 45% соответственно2,3,4. Что касается цены продукта, то стоимость солнечных панелей, изготовленных из составных полупроводников III-V или II-VI, намного выше, чем стоимость солнечных панелей из поликремния. Однако из соображений эффективности полупроводники III-V или II-VI по-прежнему используются для солнечных панелей на солнечных электростанциях. Они используются в сопутствующих системах слежения за солнцем для повышения эффективности выработки электроэнергии5. Более того, мы можем установить оптическую линзу над солнечной панелью на основе составных полупроводников, чтобы эффективно фокусировать почти параллельно падающий солнечный свет на ограниченной площади таких дорогостоящих солнечных элементов6,7. Модули солнечных батарей такой конфигурации называются фотоэлектрическими с высокой концентрацией (HCPV)8,9. Это означает, что благодаря конструкции и использованию оптических элементов большая часть солнечной энергии может быть собрана на солнечной пластине небольшого размера. Таким образом, можно не только полностью использовать высокоэффективные составные полупроводниковые материалы для питания солнечных элементов, но и значительно снизить стоимость за счет сокращения используемых материалов.