Eficiencia de células y módulos solares.

Cada año, los problemas de escasez de energía y contaminación ambiental empeoran cada vez más: los recursos fósiles se están agotando y el consumo humano de electricidad crece constantemente. En este contexto, no es de extrañar que los científicos continúen mejorando métodos alternativos para generar electricidad.

Junto con otras fuentes limpias, como el viento, las mareas, las olas del mar, el calor de la tierra y otras, no pierden su importancia y plantas de energía solar, construido tradicionalmente a partir de baterías basadas en células fotovoltaicas. El requisito principal para las células solares es la mayor eficiencia posible, la mayor eficiencia posible de la conversión de la radiación solar en electricidad.

El problema con las celdas solares es que aunque el flujo de radiación (irradiando desde el Sol y llegando a la Tierra) tiene una potencia específica en el límite superior de la atmósfera en la región de 1400 W/m2, en tiempo nublado cerca de la superficie de la Tierra en el continente europeo resulta solo 100 W / m2. e incluso menos.

Eficiencia de una celda, módulo o matriz solar: la relación entre la salida eléctrica de una celda, módulo o batería solar y el producto de la densidad de flujo de energía solar por área, respectivamente, de la celda, módulo o batería.

Eficiencia de la planta de energía solar — La relación entre la energía eléctrica generada y la energía solar recibida durante el mismo intervalo de tiempo a la superficie, que constituye la proyección del área de la planta de energía solar en un plano normal a los rayos del sol .

Los paneles solares más populares hoy en día permiten extraer electricidad de los rayos del sol con una eficiencia del 9 al 24%. El precio medio de una batería de este tipo es de unos 2 euros el vatio, mientras que la producción industrial de electricidad a partir de células fotovoltaicas cuesta hoy 0,25 euros el kWh. Mientras tanto, la Asociación Fotovoltaica Europea prevé que para 2021 el coste de la electricidad "solar" generada industrialmente se reducirá a 0,1 € por kWh.

Científicos de todo el mundo están tratando de mejorar la eficiencia de los suyos. fotocélulas… Cada año hay noticias de varios institutos, donde una y otra vez los científicos logran crear módulos solares con eficiencia récord, módulos solares basados ​​en una nueva composición química, módulos solares con concentradores más eficientes, etc.

Las primeras células solares de alta eficiencia fueron demostradas públicamente en 2009 por Spectrolab. Luego, la eficiencia de las celdas alcanzó el 41,6 %, mientras que al mismo tiempo se anunció el inicio de la producción industrial de celdas solares con una eficiencia del 39 % en 2011. Como resultado, en 2016 Spectrolab inició la producción de paneles solares con una eficiencia de 30, 7% para naves espaciales.

En 2011Solar Junction, con sede en California, logró una eficiencia aún mayor del 43,5 % con una celda solar de 5,5 mm por 5,5 mm, superando el récord establecido recientemente por Spectrolab. Se planeó fabricar los elementos multicapa de tres niveles en una planta, cuya construcción requirió un préstamo del Ministerio de Energía.

Sistema solar Sun Simba que incluye concentrador ópticoy con una eficiencia del 26 al 30%, dependiendo de la iluminación y el ángulo de incidencia de la luz, fue presentado en 2012 por la empresa canadiense Morgan Solar. Los elementos incluían arseniuro de galio, germanio y plexiglás.Este desarrollo permitió a una viuda aumentar la eficiencia de las células solares de silicio tradicionales.

Las células de tres capas afiladas a base de indio, galio y arseniuro, que miden 4 por 4 mm, muestran una eficiencia del 44,4 %. Se demostraron en 2013. Pero en el mismo año, la empresa francesa Soitec, junto con el Centro de Berlín. Helmholtz y especialistas del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar han completado el desarrollo de una fotocélula de lente Fresnel.

Su eficiencia es del 44,7%. Y un año después, en 2014, el Instituto Fraunhofer obtuvo una eficiencia del 46%, nuevamente en un elemento de lente Fresnel. La estructura de la célula solar contiene cuatro uniones: fosfato de indio y galio, arseniuro de galio, arseniuro de galio y indio y fosfato de indio.

Los creadores de la celda afirman que la batería, que consta de 52 módulos, incluidas lentes Fresnel (de 16 cm2 cada una) y fotocélulas receptoras ultraeficientes (de solo 7 mm2 cada una) pueden, en principio, convertir 230 soles de luz en electricidad... .

La alternativa más prometedora a lo que tenemos ahora, los analistas ven la creación en un futuro próximo de células fotovoltaicas con una eficiencia de alrededor del 85%, trabajando en el principio de corregir la corriente causada por la radiación electromagnética del Sol (después de todo, la luz del sol es una onda electromagnética con una frecuencia de unos 500 THz) en una pequeña nanoantena con un tamaño de unos pocos nanómetros.