الألواح الشمسية من أعلى مستويات الجودة - أسود ، بلور واحد! زيادة أداء الألواح الشمسية مقارنة كفاءة الألواح الشمسية

لا تعد الألواح الشمسية الأكثر كفاءة للمنزل اليوم شيئًا غير عادي وجديد ، ولكنها ببساطة مصدر بديل رائع للطاقة. ولكن كلما ظهرت أجهزة من هذا النوع في السوق ، زاد عدد الأشخاص الذين يسألون أنفسهم: أي جهاز يجب أن أختاره؟ ما هي الألواح الشمسية الأكثر كفاءة؟ لكن بالنسبة للجميع ، يبدو هذا المفهوم كما لو كان بطرق مختلفة ، لأنه يتميز بعدد من الاحتياجات الفردية ، وسنتحدث عن هذا أكثر.

بادئ ذي بدء ، لا ينبغي أن يكون السؤال الرئيسي "ما هي الألواح الشمسية الأكثر كفاءة؟" ، ولكن " ما هو أفضل مزيج من السعر والجودة؟»لنفترض أن لديك مساحة خالية على سطح منزلك أو عملك ، حيث يمكنك وضع حوالي عشرة ألواح شمسية ، وأنت نفسك أمام خيار: شراء أجهزة من فئة كفاءة الطاقة الأولى ، أي" أ "، أو إعطاء الأفضلية للوحات" B "الأرخص ثمناً ولكن الأقل كفاءة؟ ربما ستفاجئك الإجابة ، لكن الخيار الثاني سيكون أكثر ملاءمة في معظم الحالات. ببساطة ، مهمتنا الرئيسية الآن هي تحديد أي من مصادر الطاقة الشمسية هو الأكثر فائدة للاستخدام في موقف معين.

نماذج من الألواح الشمسية الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة

• حاد. بلغت نسبة كفاءة عارضات هذه الشركة 44.4٪. تعتبر الشركة المصنعة Sharp الشركة الرائدة عالميًا في إنتاج الألواح الشمسية. هذه الأجهزة معقدة للغاية ، والوحدات الشمسية هنا ثلاثية الطبقات ، وقد أمضى المصنعون عدة سنوات في تطوير التكنولوجيا من أجل إنشائها ، وخلال هذه الفترة أجروا الكثير من البحث والاختبار لمنتجاتهم الخاصة. هناك نماذج مبسطة أخرى. توفر التقنية المستخدمة في إنشاء بعض لوحات Sharp كفاءة تصل إلى 37.9٪ ، وهي نسبة عالية جدًا أيضًا. سعر الأجهزة أقل بسبب حقيقة أنها لا تستخدم الأجهزة التقنية لتركيز ضوء الشمس على الوحدة.
• لوحات من معهد البحوث الاسباني (IES). كفاءة عملهم 32.6٪. هذه الألواح الشمسية الحديثة عالية الكفاءة عبارة عن أجهزة ذات وحدات من طبقتين ، وتكلفة مصدر الطاقة هذا منخفضة مقارنةً بالمصنع السابق ، ولكن بالنسبة للمباني السكنية العادية ، لا تزال باهظة الثمن وغير مجدية إلى حد ما.

في الواقع ، يمكن أن تستمر هذه القائمة لفترة طويلة ، مع الأخذ في الاعتبار المزيد والمزيد من النماذج الرخيصة مع انخفاض الكفاءة. لكن كل شيء يظل معياريًا: الكفاءة العالية - السعر المناسب ، الكفاءة المنخفضة - رخيصة. يحدث أن يتم تقديم نماذج بسيطة للغاية بسعر مجنون ، ستلاحظ ذلك عند الاختيار ، ولكن بالعودة إلى موضوعنا.

أشهر الشركات المصنعة لوحدات الطاقة الشمسية

هناك رأي مفاده أنه يتم تخصيص وقت أقل وأقل اليوم لدراسة تشغيل الألواح الشمسية ، وقد ظهرت دراسة بعض الخلايا الكهروضوئية ، والتي تعد المكونات الرئيسية لأي بطارية بديلة ، في المقدمة. لكن هذه هي النقطة ، لن يهتم أحد بالألواح ذات الوحدات الشمسية الضعيفة ، لأن معظم المشترين يهتمون بهذا في المقام الأول. في السوق الراسخ لهذه الوحدات نفسها ، تم تحديد القادة بالفعل ، ومن الجدير بالذكرهم.

1. من أوائل من استدعوا الأجهزة بكفاءة 36٪ ، أنتجتها الشركة Amonix، التي توجد منتجاتها في كل متجر تقريبًا مع سلع من هذا النوع. للأغراض المنزلية ، لا يتم استخدام وحدات Amonix عادةً ، حيث يتم إنتاجها باستخدام أجهزة تركيز خاصة.
2. من المستحيل المرور بوحدات الطاقة الشمسية بمؤشر كفاءة استخدام الطاقة بنسبة 21.5٪ ، الشركة المصنعة لها علامة تجارية أمريكية مشهورة قوة الشمسالتي كانت موجودة في السوق لفترة طويلة. إلى حد ما ، تمكنت هذه المؤسسة من تحديد نوع من سجل الكفاءة. على سبيل المثال ، تم التعرف على طراز Sun Power SPR-327NE-WHT-D باعتباره الأفضل بعد الاختبار الميداني. علاوة على ذلك ، احتلت منتجات هذه الشركة المركزين التاليين في ترتيب قائمة الأفضل.
3. دعنا نفكر أيضًا في وحدات الأغشية الرقيقة بكفاءة 17.4٪ - منتج من خلايا س. في مرحلة ما ، توقفت أجهزة هذه الشركة الألمانية عن الانتشار والطلب ، أفلست Q-Cells ، ولكن بعد ذلك تم شراؤها من قبل شركة Hanwha الكورية ، واليوم تكتسب وحدات العلامة التجارية زخمًا من حيث المبيعات مرة أخرى.
4. ننتقل إلى أبعد من ذلك ، أي إلى الوحدات الشمسية ذات الكفاءة الأقل. 16.1٪ يقدمون لنا أجهزة من فيرست سولار، يتم إنتاجها على أساس تحويل خاص للكادميوم والتيلوريوم. لا يتم تثبيت الأجهزة من هذا النوع في المباني السكنية ، ولكن هذا لا يؤثر بأي شكل من الأشكال على معدل دوران الشركة ، وهي واسعة جدًا. تعتبر First Solar أكثر شيوعًا في السوق الأمريكية: الشركة نفسها تأتي من الولايات المتحدة الأمريكية. تُستخدم وحدات هذه العلامة التجارية في العديد من الصناعات ، لذا فإن الشركة لديها معدل دوران ممتاز وحصلت على اعتراف عالمي ، لأنها تخلق منتجًا موثوقًا به حقًا.
5. كمثال أخير هنا سيكون وحدات الطاقة الشمسية بكفاءة 15.5٪ من شركة تدعى مياسول. يتم التعرف على أجهزة هذه العلامة التجارية على أنها الأفضل بين الوحدات المرنة. نعم ، في بعض الأحيان تكون الأجهزة الاسمية من هذا النوع ضرورية ببساطة للتثبيت في هياكل مختلفة.

عندما تبحث عن ألواح شمسية قوية لمنزل أو لقاعة إنتاج كبيرة ، يجب أن تسترشد ليس فقط بنسبة السعر / الجودة ، ولكن أيضًا بالعلامة التجارية. يجب الوثوق بالمصنعين الذين أثبتوا أنهم الأفضل في مثل هذه الأمور الخطيرة. إذا لم تكن خبيرًا في تجميع وتركيب الألواح الشمسية ، فبغض النظر عن مدى دقة اختيارك ، فمن المستحيل فحص كل نموذج من حيث القوة والمتانة والاقتصاد والمعلمات الأخرى ، لذلك من الأفضل الوثوق بالاسم .

حتى الآن ، تم إجراء العديد من التجارب ، ويمكن أن تساعدك نتائجها بالتأكيد. عند البحث عن الألواح الشمسية ، ركز أيضًا على احتياجاتك وقدرتك على السداد - ليست هناك حاجة لتثبيت جهاز على مبنى سكني ، تم تطويره لصالح وكالة ناسا.

تم تطوير صاحب الرقم القياسي من حيث الكفاءة بين البطاريات الشمسية ، من طريقة أو أخرى متوفرة في السوق اليوم ، من قبل معهد أنظمة الطاقة الشمسية التابع لجمعية فراونهوفر في ألمانيا ، وهي بطاريات شمسية تعتمد على الخلايا الكهروضوئية متعددة الطبقات. منذ عام 2005 ، تقوم Soitec بتسويقها.

لا يتعدى حجم الخلايا الشمسية نفسها 4 ميليمترات ، ويتحقق تركيز ضوء الشمس عليها من خلال استخدام العدسات المركزة المساعدة ، حيث يتحول ضوء الشمس المشبع إلى كهرباء بكفاءة تصل إلى 47٪.

تحتوي البطارية على أربعة تقاطعات p-n بحيث يمكن للأقسام الأربعة المختلفة للخلية الكهروضوئية استقبال وتحويل الإشعاع بكفاءة بطول موجي محدد ، من ضوء الشمس المركز 297.3 مرة ، في نطاق الطول الموجي من الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية.

حدد الباحثون بقيادة فرانك ديميروث أنفسهم في البداية مهمة زراعة بلورة متعددة الطبقات ، وتم العثور على الحل - قاموا بتقسيم ركائز النمو ، وكانت النتيجة بلورة مع طبقات أشباه موصلات مختلفة ، مع أربع خلايا فرعية ضوئية.

لطالما استخدمت الخلايا الكهروضوئية متعددة الطبقات في المركبات الفضائية ، ولكن الآن تم إطلاق محطات الطاقة الشمسية القائمة عليها بالفعل في 18 دولة. يصبح هذا ممكنًا بسبب التحسين وخفض تكلفة التكنولوجيا. ونتيجة لذلك ، سيزداد عدد الدول المزودة بمحطات شمسية جديدة ، وهناك اتجاه نحو المنافسة في سوق الطاقة الشمسية الصناعية.

وتأتي في المرتبة الثانية الألواح الشمسية المبنية على خلايا شارب الكهروضوئية ثلاثية الطبقات وكفاءتها 44.4٪. فوسفيد الإنديوم-الغاليوم هو الطبقة الأولى من الخلية الشمسية ، وزرنيخيد الغاليوم هو الطبقة الثانية ، وزرنيخيد الإنديوم-الغاليوم هو الطبقة الثالثة. يتم فصل الطبقات الثلاث بواسطة عازل يعمل على تحقيق تأثير النفق.

يتم تحقيق تركيز الضوء على الخلية الكهروضوئية بفضل عدسة Fresnel ، مثل المطورين الألمان - يتركز ضوء الشمس 302 مرة ، ويتم تحويله بواسطة خلية ضوئية ثلاثية الطبقات من أشباه الموصلات.

منذ عام 2003 ، أجرت Sharp باستمرار بحثًا علميًا حول تطوير هذه التكنولوجيا بدعم من NEDO ، وهي منظمة إدارة عامة يابانية تعزز البحث والتطوير ، فضلاً عن نشر التقنيات الصناعية والطاقة والبيئية. بحلول عام 2013 ، حققت Sharp رقمًا قياسيًا قدره 44.4٪.

قبل عامين من Sharp ، في عام 2011 ، أصدرت الشركة الأمريكية Solar Junction بالفعل بطاريات مماثلة ، ولكن بكفاءة تبلغ 43.5٪ ، كان حجم عناصرها 5 × 5 مم ، كما تم التركيز أيضًا بواسطة العدسات ، مع تركيز ضوء الشمس 400 مرة. كانت الخلايا الكهروضوئية عبارة عن ثلاثة تقاطعات تعتمد على الجرمانيوم ، وقد خططت المجموعة أيضًا لإنشاء خلايا ضوئية من خمسة وستة وصلات من أجل التقاط الطيف بشكل أفضل. تجري الشركة البحث حتى يومنا هذا.

وبالتالي ، فإن الألواح الشمسية المصنوعة بالاشتراك مع المكثفات ، والتي كما نرى ، يتم إنتاجها في أوروبا وآسيا وأمريكا ، تتمتع بأعلى كفاءة قياسية. لكن هذه البطاريات مصنوعة أساسًا لبناء محطات طاقة شمسية أرضية واسعة النطاق ولإمداد الطاقة بكفاءة للمركبات الفضائية.

في الآونة الأخيرة ، تم تسجيل رقم قياسي في مجال الألواح الشمسية الاستهلاكية التقليدية ، والتي تتوفر لمعظم الأشخاص الذين يرغبون في توفيرها ، على سبيل المثال ، سقف منزل.

في منتصف خريف عام 2015 ، قدمت شركة SolarCity التابعة لشركة Elon Musk الألواح الشمسية الاستهلاكية الأكثر كفاءة ، والتي تتجاوز كفاءتها 22٪.

تم تأكيد هذا المؤشر من خلال القياسات التي أجراها مختبر مركز اختبار الطاقة المتجددة. يحدد مصنع بوفالو بالفعل هدف الإنتاج اليومي من 9000 إلى 10000 لوحة شمسية ، لم يتم الإعلان عن المواصفات الدقيقة لها بعد. تخطط الشركة بالفعل لتزويد ما لا يقل عن 200000 منزل ببطارياتها سنويًا.

الحقيقة هي أن العملية التكنولوجية المحسّنة سمحت للمؤسسة بتقليل تكلفة الإنتاج بشكل كبير ، مع زيادة الكفاءة بمقدار مرتين مقارنةً بألواح السيليكون الشمسية الاستهلاكية على نطاق واسع. ماسك واثق من أن الألواح الشمسية الخاصة به ستكون الأكثر شعبية بين مالكي المنازل في المستقبل القريب.

ليس اختراعًا جديدًا. لأكثر من نصف قرن ، استخدمت البشرية الإشعاع الشمسي لتزويد الكهرباء لمجموعة متنوعة من الأجهزة والأجهزة. ومع ذلك ، فإن البطاريات من هذا النوع لم تنتشر بعد ولم تُجبر شركات نقل الطاقة الأخرى على الخروج من السوق. أحد أسباب ذلك ليس دائمًا الكفاءة الكافية للألواح الشمسية.

لوحة أو بطارية شمسية هي جهاز قادر على تحويل الطاقة الموجودة في الإشعاع الشمسي إلى كهرباء.

يعتمد على عدة عوامل:

• مواد؛
• طقس؛
• نوع البطارية.

تستخدم الألواح الشمسية ذات الكفاءة القياسية على نطاق واسع لتلبية الاحتياجات الشخصية , تعتبر حوالي 20٪. بالنسبة لبعض أنواع الأجهزة ، سيكون هذا الرقم أعلى ، وسيكون أقل بالنسبة للبعض. لكن هذا هو المتوسط. توضح هذه القيمة النسبة المئوية للضوء الذي اصطدم بالبطارية وتم تحويله إلى كهرباء.

بالطبع ، هذا تعريف تقريبي للغاية ، لكنه صحيح بشكل عام. تم بالفعل إنشاء بطاريات بكفاءة 50 وحتى 100٪ في المختبرات. لكن في الوقت الحالي ، هذه مجرد نماذج أولية.

ألواح السيليكون

تبلغ الكفاءة المثالية للألواح الشمسية التي تستخدم السيليكون النقي كأشباه موصلات 34٪ من إجمالي الضوء المستلم. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه في ظروف الإضاءة المنخفضة ، مع الضوء المنتشر ، ستلتقط البطاريات ضوءًا أقل ، وسيقل المؤشر الكمي لهذه النسبة البالغة 34٪.

• تعمل لوحات السيليكون بشكل جيد في الضوء الساطع ، ولكنها غير فعالة في الضوء المنتشر.
• متعدد البلورات ذات كفاءة أقل ، لكنها تؤدي أداءً جيدًا في ظروف الإضاءة المنخفضة.
• (رقيقة) الألواح أيضًا فعالة جدًا في الإضاءة المحيطة.

ألواح هجينة

تعد كفاءة أجهزة السيليكون منخفضة نسبيًا ، حيث يمكنها فقط تلقي الطاقة في الجزء الأحمر من الطيف. تظل طاقة الفوتون الأزرق ، وهو الفوتون الأكثر تشبعًا من حيث الطاقة ، غير مستخدمة. يعمل العلماء في جميع أنحاء العالم بنشاط لحل هذه المشكلة.

أحد الخيارات المقترحة هو استخدام البنتاسين الكربوني العطري والمركب الكيميائي PbS. يتيح لك هذا المزيج تلقي المزيد من الإلكترونات ، ونتيجة لذلك ، توليد المزيد من الطاقة.

أكثر الألواح الشمسية كفاءة هي الخلايا متعددة الطبقات ، حيث تؤدي كل طبقة مهمتها الخاصة. يمكن أن تصل كفاءة هذه البطاريات إلى 87٪. لكن في الإنتاج الضخم ، لم يتم استخدام هذه التقنيات بعد. مع زيادة عدد الطبقات ، تزداد تكلفة البطارية. لتحقيق كفاءة بنسبة 87 ٪ ، سيتعين عليك صنع بطارية شمسية باهظة الثمن.

تعتبر الأجهزة التي تعتمد على معدن البيروفسكايت واعدة للغاية. الآن هم أقل كفاءة من السيليكون ، ولكن هذا يرجع أكثر إلى حداثة التكنولوجيا. تشير نتائج الاختبارات المتاحة إلى أنهم قادرون في المستقبل على احتلال المركز الأول في سوق الطاقة البديلة.

تعتمد كفاءة الألواح الشمسية بشكل مباشر على موقعها. يجب أن تكون مواجهة للجنوب بسطح عمل وتميل بزاوية مساوية لخط عرض النقطة التي تقع عندها. لا ينبغي وضع اللوحات بطريقة تسقط عليها ظل من مبنى مجاور ، على سبيل المثال.

المشكلة التي يمكن مواجهتها في الشتاء هي تغطية الثلوج لسطح العمل. بشكل عام ، توجد حلول قليلة هنا: إما التنظيف يدويًا ، أو تغيير زاوية الميل. من الأجهزة المفيدة التي يمكن أن تزيد من كفاءة البطاريات جهاز تعقب يقوم بتدوير اللوحة بعد الشمس.

من المهم التأكد من أن النظام لا يسخن أكثر من اللازم ، لأن ارتفاع درجة الحرارة يضعف التأثير الكهروضوئي. يمكن تجنب ذلك عن طريق تركيب بطارية جيدة التهوية. يقلل الغبار الموجود على سطح العمل أيضًا من كمية الطاقة المنتجة. يجب تنظيف النظام كل عامين على الأقل.

يوجد الكثير من الالتباس اليوم حول مفهوم كفاءة النظام الشمسي ، وهو معيار مهم لتكلفتها. يشير مفهوم كفاءة الخلايا الشمسية إلى النسبة المئوية لضوء الشمس الساقط على اللوحة ، وتحويلها إلى كهرباء ، مع مزيد من الاستخدام. تخلق المواد المختلفة للألواح الشمسية كفاءة مختلفة ، حتى أن شركات التصنيع نفسها لديها كفاءة تحويل مختلفة. زيادة الكفاءة هي أفضل طريقة لتقليل تكاليف الطاقة الشمسية.

تعتمد كفاءة البطارية الشمسية على نقاء الألواح التي تستخدم كمواد خام في التصنيع. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم جدًا أن تكون اللوحة من النوع أحادي البلورة أو متعدد البلورات. تركز معظم الشركات الكبرى جهودها على تحسين الكفاءة ، لتقليل التكاليف في الاستخدام بلا رحمة للطاقة الشمسية.

ضع في اعتبارك مدى الكفاءة الكلي للخلايا الشمسية ، بناءً على أنواع مختلفة من العناصر والتقنيات المختلفة.

هناك ما يلي - السليكون متعدد البلورات أو أحادي البلورية. تتميز الألواح الشمسية المتعددة بكفاءة أقل من البطاريات أحادية البلورية.

يمكن أن تختلف كفاءة الخلية الشمسية من 12٪ إلى 20٪ للسيليكون أحادي البلورية التقليدي. في التركيبات الشائعة ، تبلغ الكفاءة المحسوبة 15٪ وتعتمد على نوع أداء السيليكون نفسه. تعمل بعض الشركات المصنعة في العالم على تحسين الكفاءة باستمرار من أجل تقليل تكاليفها والبقاء في صدارة المنافسين في هذه الصناعة التنافسية. يعمل البعض الآخر على زيادة كفاءة الخلايا الشمسية البلورية باستخدام الإنتاج على نطاق واسع.

تتميز الخلايا الشمسية متعددة الكريستالات بتكلفة أقل من البلورة المفردة وتتراوح الكفاءة بين 14-17٪.

تتميز تقنية الأغشية الرقيقة ، على عكس مواد الكربون والسيليكون ، بعدد من المزايا.

تتمتع تقنيات السيليكون غير المتبلور C-Si بأقل متوسط ​​كفاءة ، لكنها أرخص.

يتمتع النحاس والإنديوم وكبريتيد الغاليوم (CIGS) والكادميوم والتيلوريوم (Cd-Te) بأكبر إمكانات في تحسين الكفاءة. يدفع العديد من المصنّعين تطوير هذه التقنية إلى الأمام ويقدمون أحد أعلى معدلات الكفاءة لنماذجهم ، مما يزيدها بنسبة 19٪. لقد حققوا هذه القيمة باستخدام عدة طرق ، بما في ذلك استخدام الطلاءات العاكسة التي يمكنها التقاط المزيد من الضوء من الزاوية.

إذا قمت بتبرير الاعتماد ليس على المادة ، ولكن على الأبعاد الكلية ، فكلما زادت الكفاءة ، قلت المساحة المطلوبة لسطح عمل البطاريات.

على الرغم من أن متوسط ​​النسبة قد يبدو منخفضًا بعض الشيء ، إلا أنه من السهل تغيير المعدات ، على وجه التحديد عند التركيب ، مع طاقة كافية لتغطية احتياجات الطاقة.

تشمل العوامل التي تؤثر على كفاءة المصفوفات الشمسية ما يلي:

تصاعد اتجاه السطح
يجب أن يكون السقف مثالياً للجنوب ، لكن جودة التصميم يمكن أن تعوض في كثير من الأحيان عن الاتجاهات الأخرى.

زاوية الميل
يمكن أن يؤثر ارتفاع وانحدار السطح على عدد ساعات ضوء الشمس المتلقاة في يوم متوسط ​​خلال العام. تحتوي الأنظمة التجارية الكبيرة على أنظمة تتبع للطاقة الشمسية تقوم تلقائيًا بتغيير زاوية شعاع الشمس أثناء النهار. عادة لا تستخدم للمنشآت السكنية.

درجة حرارة
تسخن معظم الألواح أثناء الاستخدام. لذلك ، عادة ما يحتاجون إلى أن يتم تركيبهم فوق مستوى السطح بقليل لضمان تدفق هواء التبريد الكافي.

ظل
من حيث المبدأ ، الظل هو عدو الطاقة الشمسية. عند اختيار تصميم تركيب مؤسف ، حتى كمية صغيرة من الظل على لوحة واحدة يمكن أن توقف إنتاج الطاقة على جميع العناصر الأخرى. قبل تصميم نظام ، تحليل مفصل لتظليل يتم تنفيذ سطح التركيب لتحديد الأشكال الممكنة ، والظل وأشعة الشمس على مدار العام. ثم يتم إجراء تحليل مفصل آخر للتحقق من النتائج المستخلصة.

يتم تركيب الألواح الشمسية العادية ذات الأنظمة الشمسية عالية الكفاءة ذات الحجم الصناعي على أكوام فوق الأرض بمقدار 80 سم ، وتقع في الاتجاه من الشرق إلى الغرب ، على طول حركة الشمس ، بزاوية 25 درجة.

في السنوات الأخيرة ، تطورت الطاقة الشمسية بمثل هذه الوتيرة السريعة.

في الآونة الأخيرة ، تطورت الطاقة الشمسية بوتيرة سريعة لدرجة أنه في غضون 10 سنوات زادت حصة الكهرباء الشمسية في توليد الكهرباء السنوي في العالم من 0.02٪ في عام 2006 إلى ما يقرب من 1٪ في عام 2016.

تعد حديقة دام سولار بارك أكبر محطة للطاقة الشمسية في العالم. قوة 850 ميغاواط.

المادة الرئيسية لمحطات الطاقة الشمسية هي السيليكون ، الذي لا تنضب احتياطياته على الأرض. مشكلة واحدة - كفاءة خلايا السيليكون الشمسية تترك الكثير مما هو مرغوب فيه. لا تتجاوز كفاءة الألواح الشمسية 23٪. ويتراوح متوسط ​​معدل الكفاءة من 16٪ إلى 18٪. لذلك ، يعمل الباحثون في جميع أنحاء العالم ، الذين يعملون في مجال الخلايا الكهروضوئية الشمسية ، على تحرير المحولات الضوئية الشمسية من صورة مورد للكهرباء باهظة الثمن.

اندلع صراع حقيقي من أجل إنشاء خلية شمسية عملاقة. المعايير الرئيسية هي الكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة. حتى أن المعمل الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في الولايات المتحدة ينشر نشرة دورية تعكس النتائج المؤقتة لهذه المعركة. ويظهر كل عدد الفائزين والخاسرين والغرباء والمبتدئين الذين شاركوا عن طريق الخطأ في هذا السباق.

القائد: خلية شمسية متعددة الطبقات

محولات الهيليوم هذه تشبه شطيرة من مواد مختلفة ، بما في ذلك البيروفسكايت والسيليكون والأغشية الرقيقة. كل طبقة تمتص الضوء بطول موجي معين فقط. نتيجة لذلك ، تولد خلايا الهليوم متعددة الطبقات طاقة أكبر بكثير من غيرها لمساحة عمل متساوية.

تم تحقيق القيمة القياسية لكفاءة المحولات الضوئية متعددة الطبقات في نهاية عام 2014 من قبل فريق بحثي ألماني فرنسي مشترك بقيادة الدكتور فرانك ديمروث في معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية. تم تحقيق كفاءة بنسبة 46٪. تم تأكيد قيمة الأداء الرائعة هذه من خلال دراسة مستقلة في NMIJ / AIST ، أكبر مركز للقياس في اليابان.

خلية شمسية متعددة الطبقات. الكفاءة - 46٪

تتكون هذه الخلايا من أربع طبقات وعدسة تركز ضوء الشمس عليها. تشمل العيوب وجود الجرمانيوم في بنية الركيزة ، مما يزيد إلى حد ما من تكلفة الوحدة الشمسية. ولكن تم القضاء على جميع أوجه القصور في الخلايا متعددة الطبقات في نهاية المطاف ، والباحثون واثقون من أن تطورها في المستقبل القريب سيخرج من جدران المختبرات إلى العالم الكبير.

الصاعد لهذا العام - بيروفسكايت

بشكل غير متوقع تمامًا ، تدخل الوافد الجديد ، بيروفسكايت ، في سباق القادة. Perovskite هو الاسم العام لجميع المواد التي لها بنية بلورية مكعبة معينة. على الرغم من أن البيروفسكايت معروف منذ فترة طويلة ، إلا أن البحث عن الخلايا الشمسية المصنوعة من هذه المواد لم يبدأ إلا بين عامي 2006 و 2008. كانت النتائج الأولية مخيبة للآمال: لم تتجاوز كفاءة المحولات الضوئية البيروفسكايت 2٪. في الوقت نفسه ، أظهرت الحسابات أن هذا الرقم يمكن أن يكون أعلى من حيث الحجم. في الواقع ، بعد سلسلة من التجارب الناجحة ، تلقى الباحثون الكوريون في مارس 2016 كفاءة مؤكدة بنسبة 22 ٪ ، والتي أصبحت بحد ذاتها ضجة كبيرة بالفعل.

خلية بيروفسكايت الشمسية

تتمثل ميزة خلايا البيروفسكايت في أنها أكثر ملاءمة للعمل معها وأسهل في التصنيع من خلايا السيليكون المماثلة. مع الإنتاج الضخم لمحولات البيروفسكايت الضوئية ، يمكن أن يصل سعر واط واحد من الكهرباء إلى 0.10 دولار. لكن الخبراء يعتقدون أنه حتى تصل خلايا الهليوم البيروفسكايت إلى أقصى قدر من الكفاءة وتبدأ في الإنتاج بكميات صناعية ، يمكن خفض تكلفة "السيليكون" من الكهرباء بشكل كبير وتصل إلى نفس المستوى البالغ 0.10 دولار.

تجريبي: النقاط الكمومية والخلايا الشمسية العضوية

لا يزال هذا النوع من المحولات الضوئية الشمسية في مرحلة مبكرة من التطور ولا يمكن اعتباره منافسًا جادًا لخلايا الهيليوم الموجودة. ومع ذلك ، يدعي المطور ، جامعة تورنتو ، أنه وفقًا للحسابات النظرية ، فإن كفاءة الخلايا الشمسية القائمة على الجسيمات النانوية - النقاط الكمومية - ستكون أعلى من 40٪. جوهر اختراع العلماء الكنديين هو أن الجسيمات النانوية - النقاط الكمومية - يمكنها امتصاص الضوء في نطاقات مختلفة من الطيف. من خلال تغيير حجم هذه النقاط الكمومية ، سيكون من الممكن اختيار النطاق الأمثل لتشغيل المحول الضوئي.

الخلايا الشمسية على أساس النقاط الكمومية

وبالنظر إلى أنه يمكن تطبيق طبقة النانو هذه عن طريق الرش على أي ، بما في ذلك القاعدة الشفافة ، والآفاق الواعدة في التطبيق العملي لهذا الاكتشاف. وعلى الرغم من أنه تم اليوم في المختبرات ، عند العمل بالنقاط الكمومية ، تحقيق مؤشر كفاءة بنسبة 11.5٪ فقط ، فلا أحد يشك في احتمالات هذا الاتجاه. ويستمر العمل.

نافذة شمسية - خلايا شمسية جديدة بكفاءة 50٪

أدخلت النافذة الشمسية من ولاية ماريلاند (الولايات المتحدة الأمريكية) تقنية ثورية "للزجاج الشمسي" ، والتي تغير بشكل جذري الأفكار التقليدية حول الألواح الشمسية.

كانت هناك بالفعل تقارير عن تقنيات الهليوم الشفافة ، بالإضافة إلى أن هذه الشركة تعد بزيادة كفاءة الوحدات الشمسية عدة مرات. وكما أظهرت الأحداث الأخيرة ، لم تكن هذه مجرد وعود ، بل كفاءة بنسبة 50٪ - لم تعد مجرد مباهج نظرية لباحثي الشركة. في حين أن الشركات المصنعة الأخرى تدخل السوق للتو بنتائج أكثر تواضعًا ، فقد قدمت Solar Window بالفعل تطوراتها الثورية عالية التقنية في مجال الخلايا الكهروضوئية الهيليوم.

تمهد هذه التطورات الطريق لإنتاج خلايا شمسية شفافة ذات كفاءة أعلى بشكل ملحوظ مقارنة بالخلايا التقليدية. لكن هذه ليست الميزة الوحيدة للوحدات الشمسية الجديدة من ولاية ماريلاند. يمكن ربط خلايا الهيليوم الجديدة بسهولة بأي أسطح شفافة (على سبيل المثال ، بالنوافذ) ، ويمكن أن تعمل في الظل أو تحت الإضاءة الاصطناعية. نظرًا لتكلفتها المنخفضة ، يمكن للاستثمارات في تجهيز مبنى بمثل هذه الوحدات أن تؤتي ثمارها في غضون عام. للمقارنة ، تجدر الإشارة إلى أن فترة الاسترداد للألواح الشمسية التقليدية تتراوح من خمس إلى عشر سنوات ، وهذا فرق كبير.

الخلايا الشمسية من النافذة الشمسية

أعلنت شركة Solar Window بعض التفاصيل عن تقنية جديدة لإنتاج الألواح الشمسية بمثل هذه الكفاءة العالية. طبعا الرئيسي يعرف كيف بقي خارج الأقواس. جميع خلايا الهيليوم مصنوعة أساسًا من مواد عضوية. تتكون طبقات العناصر من الموصلات الشفافة والكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. وفقًا للشركة ، فإن إنتاج هذه الوحدات الشمسية غير ضار للغاية بحيث يكون لها تأثير بيئي أقل بـ 12 مرة من إنتاج وحدات الهيليوم التقليدية. في غضون 28 شهرًا القادمة ، سيتم تركيب أول ألواح شمسية شفافة في بعض المباني والمدارس والمكاتب وكذلك في ناطحات السحاب.

إذا تحدثنا عن آفاق تطوير الخلايا الكهروضوئية للهيليوم ، فمن المحتمل جدًا أن تصبح خلايا السيليكون الشمسية التقليدية شيئًا من الماضي ، مما يفسح المجال لخلايا عالية الكفاءة وخفيفة الوزن ومتعددة الوظائف تفتح آفاقًا أوسع لطاقة الهيليوم. نشرت