Các nhà vật lý từ Nga đã cải thiện 20% hiệu suất của các tấm pin mặt trời

Mối quan hệ giữa hiệu quả với vật liệu và công nghệ

Các tấm pin mặt trời hoạt động như thế nào? Dựa vào tính chất của chất bán dẫn. Ánh sáng chiếu vào chúng tạo ra tiếng nổ bởi các hạt electron nằm ở quỹ đạo ngoài cùng của nguyên tử. Một số lượng lớn các electron tạo ra một thế năng dòng điện - trong điều kiện mạch kín.

Để cung cấp một chỉ báo nguồn bình thường, một mô-đun sẽ không đủ. Càng nhiều tấm pin, hoạt động của bộ tản nhiệt càng hiệu quả, cung cấp điện cho pin, nơi nó sẽ tích tụ.Chính vì lý do này mà hiệu quả của các tấm pin mặt trời cũng phụ thuộc vào số lượng mô-đun được lắp đặt. Càng nhiều trong số chúng, chúng càng hấp thụ nhiều năng lượng mặt trời và chỉ số công suất của chúng trở nên cao hơn theo thứ tự độ lớn.

Có thể cải thiện hiệu quả sử dụng pin không? Những nỗ lực như vậy đã được thực hiện bởi những người sáng tạo của họ và hơn một lần. Con đường thoát ra trong tương lai có thể là sản xuất các phần tử bao gồm một số vật liệu và các lớp của chúng. Các vật liệu được tuân theo theo cách mà các mô-đun có thể hấp thụ các dạng năng lượng khác nhau.

Ví dụ, nếu một chất hoạt động với phổ UV và chất kia với phổ hồng ngoại, thì hiệu suất của pin mặt trời tăng lên đáng kể. Nếu bạn nghĩ ở mức độ lý thuyết, thì hiệu quả cao nhất có thể là một chỉ số khoảng 90%.

Ngoài ra, loại silicon có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của bất kỳ hệ mặt trời nào. Các nguyên tử của nó có thể được lấy theo một số cách và tất cả các tấm, dựa trên điều này, được chia thành ba loại:

• đơn tinh thể;
• đa tinh thể;
• các nguyên tố silic vô định hình.

Pin mặt trời được sản xuất từ ​​các đơn tinh thể, hiệu suất của nó là khoảng 20%. Chúng đắt tiền vì chúng hiệu quả nhất. Đa tinh thể có chi phí thấp hơn nhiều, vì trong trường hợp này, chất lượng công việc của chúng phụ thuộc trực tiếp vào độ tinh khiết của silicon được sử dụng trong sản xuất của chúng.

Các nguyên tố dựa trên silicon vô định hình đã trở thành cơ sở để sản xuất các tấm pin mặt trời linh hoạt màng mỏng. Công nghệ sản xuất của chúng đơn giản hơn nhiều, chi phí thấp hơn nhưng hiệu quả thấp hơn - không quá 6%. Chúng hao mòn nhanh chóng. Do đó, để cải thiện tuổi thọ sử dụng của chúng, người ta đã thêm selen, gali và indium vào chúng.

Cách sử dụng

Điện tử xách tay

Để cung cấp điện và / hoặc sạc lại pin cho các thiết bị điện tử tiêu dùng khác nhau - máy tính, đầu đĩa, đèn pin, v.v.

Cung cấp năng lượng cho các tòa nhà

Pin mặt trời trên nóc nhà

Pin mặt trời kích thước lớn, giống như bộ thu năng lượng mặt trời, được sử dụng rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới với số ngày nắng lớn. Đặc biệt phổ biến ở các nước Địa Trung Hải, nơi chúng được đặt trên nóc các ngôi nhà.

Những ngôi nhà mới ở Tây Ban Nha đã được trang bị máy nước nóng năng lượng mặt trời từ tháng 3 năm 2007 để cung cấp từ 30% đến 70% nhu cầu nước nóng của họ, tùy thuộc vào vị trí của ngôi nhà và mức tiêu thụ nước dự kiến. Các tòa nhà không phải nhà ở (trung tâm mua sắm, bệnh viện, v.v.) phải có thiết bị quang điện.

Hiện tại, việc chuyển sang sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời đang gây ra rất nhiều chỉ trích trong người dân. Đó là do giá điện tăng, cảnh quan thiên nhiên lộn xộn. Những người phản đối quá trình chuyển đổi các tấm pin mặt trời bị chỉ trích vì như vậy chuyển tiếp, với tư cách là chủ sở hữu của nhà và đất trên đó tấm pin mặt trời được lắp đặt và các trang trại gió, nhận được trợ cấp từ nhà nước, nhưng những người thuê nhà bình thường thì không. Về vấn đề này, Bộ Kinh tế Liên bang Đức đã xây dựng một dự luật cho phép trong tương lai gần sẽ đưa ra các lợi ích cho người thuê nhà sống trong những ngôi nhà được cung cấp năng lượng từ việc lắp đặt quang điện hoặc các nhà máy nhiệt điện. Cùng với việc chi trả trợ cấp cho chủ sở hữu những ngôi nhà sử dụng các nguồn năng lượng thay thế, dự kiến ​​sẽ trả trợ cấp cho những người thuê nhà sống trong những ngôi nhà này.

Sử dụng trong không gian

Các tấm pin mặt trời là một trong những cách chính để tạo ra năng lượng điện trên tàu vũ trụ: chúng hoạt động trong thời gian dài mà không tiêu tốn bất kỳ vật liệu nào, đồng thời thân thiện với môi trường, không giống như các nguồn năng lượng hạt nhân và đồng vị phóng xạ.

Tuy nhiên, khi bay ở khoảng cách rất xa so với Mặt trời (ngoài quỹ đạo của Sao Hỏa), việc sử dụng chúng trở nên có vấn đề, vì thông lượng năng lượng Mặt trời tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ Mặt trời. Ngược lại, khi bay tới sao Kim và sao Thủy, năng lượng của pin mặt trời tăng lên đáng kể (ở vùng sao Kim gấp 2 lần, vùng sao Thủy gấp 6 lần).

Sử dụng trong y học

Các nhà khoa học Hàn Quốc đã phát triển một loại pin mặt trời dưới da. Một nguồn năng lượng thu nhỏ có thể được cấy dưới da người để đảm bảo hoạt động trơn tru của các thiết bị được cấy vào cơ thể, chẳng hạn như máy điều hòa nhịp tim. Pin như vậy mỏng hơn sợi tóc 15 lần và có thể sạc được ngay cả khi bôi kem chống nắng lên da.

Hiệu quả là gì

Vì vậy, hiệu suất của pin là lượng điện năng mà nó thực sự tạo ra, được biểu thị dưới dạng phần trăm. Để tính toán nó, cần phải chia công suất của năng lượng điện cho công suất của năng lượng mặt trời rơi trên bề mặt của các tấm pin mặt trời.

Hiện con số này nằm trong khoảng từ 12 đến 25%. Mặc dù trong thực tế, với điều kiện thời tiết và khí hậu, nó không tăng lên trên 15. Lý do cho điều này là các vật liệu làm pin năng lượng mặt trời. Silicon, là "nguyên liệu" chính để sản xuất chúng, không có khả năng hấp thụ quang phổ UV và chỉ có thể hoạt động với bức xạ hồng ngoại.Thật không may, do sự thiếu hụt này, chúng ta lãng phí năng lượng của phổ UV và không sử dụng tốt.

Tác động đến hiệu suất của các yếu tố khác nhau.

Tăng hiệu quả của các mô-đun năng lượng mặt trời là một vấn đề đau đầu đối với tất cả các nhà nghiên cứu làm việc theo hướng này. Đến nay, hiệu suất của các thiết bị này nằm trong khoảng từ 15 đến 25%. Tỷ lệ phần trăm là rất thấp. Tấm pin mặt trời là một thiết bị cực kỳ hay thay đổi, hoạt động ổn định của nó phụ thuộc vào nhiều lý do.

Các yếu tố chính có thể ảnh hưởng đến hiệu suất theo hai cách bao gồm:

• Vật liệu cơ bản cho pin mặt trời. Yếu nhất trong lĩnh vực này là các tấm pin mặt trời đa tinh thể với hiệu suất lên đến 15%. Các mô-đun dựa trên indium-gallium hoặc cadmium-tellurium, có năng suất lên đến 20%, có thể được coi là đầy hứa hẹn.
• Định hướng máy thu năng lượng mặt trời. Lý tưởng nhất là các tấm pin mặt trời có bề mặt làm việc của chúng nên hướng về phía mặt trời ở một góc vuông. Ở vị trí này, chúng nên càng dài càng tốt. Để tăng thời gian định vị chính xác của các mô-đun trong khu vực mặt trời, các đối tác đắt tiền hơn có trong kho vũ khí của họ một thiết bị theo dõi mặt trời có chức năng quay pin theo chuyển động của ngôi sao.
• Quá nóng của các cài đặt. Nhiệt độ tăng cao có ảnh hưởng tiêu cực đến việc phát điện, do đó, trong quá trình lắp đặt, cần đảm bảo đủ thông gió và làm mát cho các tấm. Điều này đạt được bằng cách lắp đặt một khoảng cách thông gió giữa bảng điều khiển và bề mặt lắp đặt.
• Bóng đổ bởi bất kỳ đối tượng nào có thể làm hỏng đáng kể hiệu quả của toàn bộ hệ thống.

Sau khi hoàn thành tất cả các yêu cầu, và nếu có thể, lắp đặt các tấm pin vào đúng vị trí, bạn có thể nhận được các tấm pin mặt trời với hiệu suất cao. Nó là cao, không phải là tối đa. Thực tế là hiệu suất được tính toán, hay lý thuyết, là một giá trị được tính toán trong điều kiện phòng thí nghiệm, với các thông số trung bình về giờ ban ngày và số ngày có mây.

Trong thực tế, tất nhiên, phần trăm hiệu quả sẽ thấp hơn.

Đón năng lượng mặt trời pin cho ngôi nhà của bạn, tốt hơn là nên tập trung vào giới hạn hiệu suất thấp hơn thay vì giới hạn trên. Bằng cách chọn các mô-đun năng lượng mặt trời và tất cả các thành phần phù hợp với công việc theo cách này, bạn có thể chắc chắn rằng công suất của bộ phận được lắp đặt là đủ. Bằng cách chọn giới hạn hiệu suất thấp hơn trong các tính toán, bạn có thể tiết kiệm chi phí mua các bảng bổ sung được mua để tái bảo hiểm trong trường hợp thiếu điện.

Khuyến khích triển vọng phát triển.

Đến nay, kỷ lục tuyệt đối về hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời thuộc về các nhà phát triển Mỹ và là 42,8%. Giá trị này cao hơn 2% so với kỷ lục trước đó vào năm 2010. Một lượng năng lượng kỷ lục đã đạt được nhờ sự cải tiến của pin mặt trời làm bằng silicon tinh thể. Tính độc đáo của nghiên cứu này là thực tế là tất cả các phép đo được thực hiện riêng trong điều kiện làm việc, nghĩa là, không phải trong phòng thí nghiệm và cơ sở nhà kính, mà ở những nơi thực tế của việc lắp đặt được đề xuất.

Bên lề của tất cả các phòng thí nghiệm kỹ thuật giống nhau, công việc để tăng kỷ lục cuối cùng không dừng lại. Mục tiêu tiếp theo của các nhà phát triển là giới hạn hiệu suất của các mô-đun năng lượng mặt trời ở mức 50%.Mỗi ngày nhân loại đang tiến gần hơn đến thời điểm năng lượng mặt trời sẽ thay thế hoàn toàn các nguồn năng lượng độc hại và đắt tiền đang được sử dụng hiện nay, và sẽ sánh ngang với những người khổng lồ như các nhà máy thủy điện.

Hiệu quả của các loại tấm pin mặt trời khác nhau

Tất cả các pin mặt trời hiện đại đều hoạt động trên cơ sở các đặc tính vật lý của chất bán dẫn. Các photon của ánh sáng mặt trời, rơi vào tấm quang điện, đánh bật các electron ra khỏi quỹ đạo bên ngoài của nguyên tử. Kết quả là, chuyển động của chúng bắt đầu, dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện.

Các tấm pin đơn không thể cung cấp năng lượng bình thường, vì vậy chúng được kết nối với số lượng nhất định với một pin năng lượng mặt trời thông thường. Càng nhiều tế bào quang điện tham gia vào hệ thống thì công suất phát điện càng cao.

Biết nguyên lý hoạt động của các tấm pin, bạn có thể xác định hiệu quả của chúng. Về mặt lý thuyết, định nghĩa về hiệu suất là lượng điện được sản xuất chia cho lượng năng lượng từ các tia sáng mặt trời chiếu xuống một bảng điều khiển nhất định. Về mặt lý thuyết, các hệ thống hiện đại có khả năng cung cấp tới 25%, nhưng trên thực tế con số này không quá 15%. Rất nhiều phụ thuộc vào vật liệu mà các tấm được tạo ra. Ví dụ, silicon được sử dụng rộng rãi chỉ có thể hấp thụ tia hồng ngoại, và năng lượng của tia cực tím không được nó cảm nhận và bị lãng phí.

Hiện tại, công việc đang được tiến hành để tạo ra các tấm pin nhiều lớp, giúp sản xuất các tấm pin mặt trời với hiệu suất cao. Thiết kế của chúng bao gồm các vật liệu khác nhau nằm trong nhiều lớp. Chúng được chọn theo cách mà chúng có thể thu được tất cả các lượng tử năng lượng chính.Tức là mỗi lớp của một vật liệu nhất định có khả năng hấp thụ một trong các dạng năng lượng.

Về mặt lý thuyết, đối với các thiết bị như vậy, hiệu suất có thể tăng lên đến 87%, nhưng trên thực tế, công nghệ sản xuất các tấm như vậy khá phức tạp. Ngoài ra, giá thành của chúng cao hơn nhiều so với các hệ thống năng lượng mặt trời tiêu chuẩn.

Hiệu quả của pin năng lượng mặt trời phần lớn phụ thuộc vào loại silicon được sử dụng trong pin mặt trời. Tất cả các tấm dựa trên vật liệu này được chia thành ba loại:

• Đơn tinh thể, với hiệu suất 10-15%. Chúng được coi là hiệu quả nhất, và giá của chúng cao hơn nhiều so với các thiết bị khác.
• Đa tinh thể có tỷ lệ thấp hơn, nhưng chi phí trên mỗi watt thấp hơn nhiều. Khi sử dụng vật liệu chất lượng cao, các tấm như vậy đôi khi có hiệu quả vượt trội hơn so với đơn tinh thể.
• Tấm màng mỏng linh hoạt dựa trên silicon vô định hình. Chúng dễ sản xuất và chi phí thấp. Tuy nhiên, hiệu quả của các thiết bị này rất thấp, khoảng 5 - 6%. Dần dần, trong quá trình hoạt động, hiệu suất của chúng giảm sút, năng suất lao động thấp hơn.

thuận

1. Do thực tế là không có các bộ phận và yếu tố chuyển động trong các tấm nên độ bền được tăng lên. Các nhà sản xuất đảm bảo tuổi thọ sử dụng là 25 năm.
2. Nếu bạn tuân theo tất cả các quy tắc bảo trì và vận hành định kỳ, hoạt động của các hệ thống như vậy sẽ tăng lên 50 năm. Việc bảo trì khá đơn giản - làm sạch kịp thời các tế bào quang điện khỏi bụi, tuyết và các chất gây ô nhiễm tự nhiên khác.
3. Chính độ bền của hệ thống là yếu tố quyết định việc mua và lắp đặt các tấm panel. Sau khi tất cả các chi phí đã được thanh toán xong, điện năng được tạo ra sẽ được miễn phí.

Trở ngại quan trọng nhất đối với việc sử dụng rộng rãi các hệ thống như vậy là chi phí cao của chúng. Với hiệu suất thấp của các tấm pin mặt trời hộ gia đình, người ta nghi ngờ nghiêm trọng về nhu cầu kinh tế đối với phương pháp sản xuất điện đặc biệt này.

Nhưng một lần nữa, cần phải đánh giá một cách hợp lý khả năng của các hệ thống này và trên cơ sở đó tính toán lợi nhuận kỳ vọng. Sẽ không thể thay thế hoàn toàn điện truyền thống, nhưng hoàn toàn có thể tiết kiệm tiền bằng cách sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời.

Ngoài ra, khó có thể không nhận thấy những lợi ích như:

• Nhận điện ở những vùng xa xôi nhất từ ​​nền văn minh;
• quyền tự trị;
• Không ồn ào.

Nhược điểm của điện mặt trời

• Nhu cầu sử dụng diện tích lớn;
• Nhà máy điện mặt trời không hoạt động vào ban đêm và không hoạt động đủ hiệu quả vào lúc chạng vạng tối, trong khi cao điểm tiêu thụ điện xảy ra chính xác vào các giờ buổi tối;
• Mặc dù năng lượng nhận được trong sạch về môi trường, nhưng bản thân pin mặt trời vẫn chứa các chất độc hại, chẳng hạn như chì, cadmium, gali, asen, v.v.

Các nhà máy điện mặt trời bị chỉ trích do chi phí cao, cũng như tính ổn định thấp của các halogen chì phức tạp và độc tính của các hợp chất này. Hiện nay, việc phát triển tích cực các chất bán dẫn không chứa chì cho pin mặt trời, ví dụ, dựa trên bitmut và antimon, đang được tiến hành.

Do hiệu suất thấp, tốt nhất đạt 20%, nên các tấm pin mặt trời rất nóng. 80% năng lượng mặt trời còn lại Ánh sáng làm nóng các tấm pin mặt trời lên đến nhiệt độ trung bình khoảng 55 ° C. TỪ sự tăng nhiệt độ của tế bào quang điện bằng 1 °, hiệu suất của nó giảm 0,5%.Sự phụ thuộc này là không tuyến tính và việc tăng nhiệt độ của phần tử lên 10 ° dẫn đến hiệu suất giảm gần như bằng hệ số hai. Các phần tử hoạt động của hệ thống làm mát (quạt hoặc máy bơm) bơm chất làm lạnh tiêu thụ một lượng năng lượng đáng kể, yêu cầu bảo dưỡng định kỳ và làm giảm độ tin cậy của toàn bộ hệ thống. Hệ thống làm mát thụ động có hiệu suất rất thấp và không thể đáp ứng được nhiệm vụ làm mát các tấm pin mặt trời.

Tính toán hiệu suất

Việc sử dụng năng lượng mặt trời và tính hợp lý kinh tế của các khái niệm như vậy quyết định hiệu quả của tất cả các loại hệ thống tấm pin mặt trời. Trước hết, chi phí chuyển đổi được tính đến. năng lượng mặt trời thành điện.

Mức độ sinh lợi và hiệu quả của các hệ thống như vậy được xác định bởi các yếu tố như:

• Loại tấm pin mặt trời và thiết bị liên quan;
• Hiệu quả của tế bào quang điện và giá thành của chúng;
• Điều kiện khí hậu. Các vùng khác nhau có hoạt động năng lượng mặt trời khác nhau. Nó cũng ảnh hưởng đến thời gian hoàn vốn.

Cách chọn hiệu suất phù hợp

Trước khi mua các tấm pin, bạn cần biết hiệu suất cần thiết của pin năng lượng mặt trời.

Ví dụ, nếu mức tiêu thụ trong nước của bạn là 100 kW / tháng (theo đồng hồ đo điện), thì các pin mặt trời nên sản xuất cùng một lượng.

Đã quyết định điều này. Hãy đi xa hơn nữa.

Rõ ràng là trạm năng lượng mặt trời chỉ hoạt động vào ban ngày. Hơn nữa, sức mạnh bảng tên sẽ đạt được khi có bầu trời quang đãng. Ngoài ra, công suất cực đại có thể đạt được trong điều kiện tia nắng mặt trời chiếu xuống bề mặt. ở một góc vuông.

Khi vị trí của mặt trời thay đổi, góc của bảng điều khiển cũng vậy.Theo đó, ở các góc quay lớn, sức mạnh sẽ giảm đáng kể. Đây chỉ là vào một ngày rõ ràng. Trong điều kiện trời nhiều mây, có thể đảm bảo giảm điện từ 15–20 lần. Ngay cả một đám mây nhỏ hoặc sương mù cũng gây ra sụt giảm điện từ 2-3 lần

Điều này cũng phải được tính đến

Bây giờ - làm thế nào để tính toán thời gian hoạt động của các tấm pin?

Thời gian hoạt động mà pin có thể hoạt động hiệu quả với công suất gần như đầy đủ là khoảng 7 giờ. Từ 9:00 sáng đến 4:00 chiều Vào mùa hè, số giờ chiếu sáng ban ngày nhiều hơn, nhưng sản lượng điện vào buổi sáng và buổi tối là rất nhỏ - trong khoảng 20-30%. Phần còn lại, đây là 70%, sẽ được tạo ra, một lần nữa, vào ban ngày, từ 9 giờ sáng đến 4 giờ chiều.

Vì vậy, nó chỉ ra rằng nếu các tấm có công suất trên bảng tên là 1 kW, thì vào mùa hè, thời điểm nắng nhất một ngày sẽ tạo ra 7 kW / h điện lực. Với điều kiện họ sẽ làm việc từ 9 giờ đến 16 giờ trong ngày. Tức là, nó sẽ lên tới 210 kWh điện mỗi tháng!

Đây là một bộ bảng điều khiển. Và một ổ cắm với công suất chỉ 100 watt? Trong một ngày, nó sẽ cho 700 watt / giờ. 21 kW mỗi tháng.

Làm thế nào để làm cho bảng điều khiển năng lượng mặt trời của bạn hoạt động hiệu quả nhất có thể

Hiệu suất của bất kỳ hệ thống năng lượng mặt trời nào phụ thuộc vào:

• các chỉ số nhiệt độ;
• góc tới của tia sáng mặt trời;
• tình trạng bề mặt (phải luôn sạch sẽ);
• điều kiện thời tiết;
• sự hiện diện hay vắng bóng của một cái bóng.

Góc tới tối ưu của tia sáng mặt trời trên bảng điều khiển là 90 °, tức là một đường thẳng. Đã có những hệ thống năng lượng mặt trời được trang bị các thiết bị độc đáo. Chúng cho phép bạn theo dõi vị trí của ngôi sao trong không gian. Khi vị trí của Mặt trời so với Trái đất thay đổi thì góc nghiêng của hệ Mặt trời cũng thay đổi theo.

Sự gia nhiệt liên tục của các phần tử cũng không có ảnh hưởng tốt nhất đến hiệu suất của chúng. Khi năng lượng được chuyển đổi, những tổn thất nghiêm trọng của nó sẽ xảy ra. Do đó, phải luôn để lại một khoảng không gian nhỏ giữa hệ mặt trời và bề mặt mà nó được gắn trên đó. Các luồng không khí đi qua nó sẽ hoạt động như một cách làm mát tự nhiên.

Độ tinh khiết của các tấm pin mặt trời cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của chúng. Nếu chúng bị ô nhiễm nặng, chúng thu ít ánh sáng hơn, đồng nghĩa với việc giảm hiệu quả sử dụng.

Ngoài ra, việc cài đặt đúng cũng đóng một vai trò lớn. Khi lắp đặt hệ thống, không thể để bóng đổ lên nó. Phía tốt nhất mà chúng được khuyến khích lắp đặt là phía nam.

Chuyển sang điều kiện thời tiết, chúng ta có thể cùng lúc trả lời câu hỏi phổ biến là liệu các tấm pin mặt trời có hoạt động trong điều kiện thời tiết nhiều mây hay không. Tất nhiên, công việc của họ vẫn tiếp tục, vì bức xạ điện từ phát ra từ Mặt trời chiếu vào Trái đất vào mọi thời điểm trong năm. Tất nhiên, hiệu suất của các tấm pin (COP) sẽ thấp hơn đáng kể, đặc biệt là ở những vùng có nhiều ngày mưa và nhiều mây trong năm. Nói cách khác, chúng sẽ tạo ra điện, nhưng với số lượng nhỏ hơn nhiều so với những vùng có khí hậu nắng và nóng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của pin mặt trời

Các đặc điểm của cấu trúc tế bào quang gây ra sự giảm hiệu suất của tấm khi nhiệt độ tăng lên.

Việc làm mờ một phần của bảng điều khiển gây ra giảm điện áp đầu ra do tổn thất trong phần tử không được chiếu sáng, phần tử này bắt đầu hoạt động như một tải ký sinh. Hạn chế này có thể được loại bỏ bằng cách lắp đặt một vòng đệm trên mỗi tế bào quang của bảng điều khiển.Trong thời tiết nhiều mây, thiếu ánh sáng mặt trời trực tiếp, các tấm sử dụng thấu kính để tập trung bức xạ trở nên cực kỳ kém hiệu quả, vì tác dụng của thấu kính biến mất.

Có thể thấy từ đặc tính hoạt động của bảng quang điện là để đạt được hiệu suất lớn nhất thì cần phải lựa chọn chính xác điện trở tải. Để làm được điều này, các tấm quang điện không được kết nối trực tiếp với tải mà sử dụng bộ điều khiển quản lý hệ thống quang điện để đảm bảo hoạt động tối ưu của các tấm.

Pin năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?

Tất cả các tế bào năng lượng mặt trời hiện đại đều hoạt động được nhờ phát hiện của nhà vật lý Alexandre Becquerel vào năm 1839 - nguyên lý hoạt động của chất bán dẫn.

Nếu các tế bào quang điện silicon trên tấm trên cùng bị đốt nóng, thì các nguyên tử của chất bán dẫn silicon được giải phóng. Họ đang cố gắng bắt các nguyên tử của tấm phía dưới. Theo đúng quy luật vật lý, các êlectron của tấm đáy phải trở về trạng thái ban đầu. Các electron này mở theo một chiều - qua các dây dẫn. Năng lượng tích trữ được chuyển đến pin và quay trở lại tấm wafer silicon trên cùng.

Câu chuyện

Năm 1842, Alexandre Edmond Becquerel phát hiện ra tác dụng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Charles Fritts bắt đầu sử dụng selen để biến ánh sáng thành điện năng. Các nguyên mẫu đầu tiên của pin mặt trời được tạo ra bởi nhà quang hóa người Ý Giacomo Luigi Chamichan.

Vào ngày 25 tháng 3 năm 1948, Phòng thí nghiệm Bell công bố việc tạo ra các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên dựa trên silicon để tạo ra dòng điện. Khám phá này được thực hiện bởi ba nhân viên của công ty - Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin và Gerald Pearson. 4 năm sau, vào ngày 17 tháng 3 năm 1958, một vệ tinh sử dụng các tấm pin mặt trời, Avangard-1, đã được phóng ở Hoa Kỳ. Vào ngày 15 tháng 5 năm 1958, một vệ tinh sử dụng tấm pin mặt trời, Sputnik-3, cũng được phóng tại Liên Xô.

Điều này thật thú vị: Ở Đức, được xây dựng cao nhất trang trại gió trên thế giới

Các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ nhanh chóng được đền đáp như thế nào?

Giá thành của các tấm pin mặt trời ngày nay khá cao. Và có tính đến giá trị hiệu quả thấp của các tấm pin, vấn đề hoàn vốn của chúng là rất phù hợp. Tuổi thọ của pin chạy bằng năng lượng mặt trời khoảng 25 năm trở lên. Chúng ta sẽ nói về điều gì đã gây ra tuổi thọ lâu dài như vậy một chút sau đó, nhưng bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu câu hỏi được nêu ở trên.

Thời gian hoàn vốn bị ảnh hưởng bởi:

• Loại thiết bị đã chọn. Pin mặt trời một lớp có hiệu suất thấp hơn so với nhiều lớp, nhưng giá thành cũng thấp hơn nhiều.
• Vị trí địa lý, nghĩa là, càng có nhiều ánh sáng mặt trời trong khu vực của bạn, thì mô-đun được lắp đặt sẽ hoạt động nhanh hơn.
• Giá thành của thiết bị. Bạn càng chi nhiều tiền cho việc mua và lắp đặt các phần tử tạo nên hệ thống tiết kiệm năng lượng mặt trời, thì thời gian hoàn vốn càng dài.
• Chi phí tài nguyên năng lượng trong khu vực của bạn.

Thời gian hoàn vốn trung bình ở các nước Nam Âu là 1,5-2 năm, đối với các nước Trung Âu - 2,5-3,5 năm và ở Nga thời gian hoàn vốn khoảng 2-5 năm.Trong tương lai gần, hiệu suất của các tấm pin mặt trời sẽ tăng lên đáng kể, điều này là do sự phát triển của các công nghệ tiên tiến hơn giúp tăng hiệu suất và giảm giá thành của tấm pin. Và kết quả là, khoảng thời gian mà hệ thống tiết kiệm năng lượng sử dụng năng lượng mặt trời sẽ tự trả cho chính nó cũng sẽ giảm xuống.

Những phát triển mới nhất giúp tăng hiệu quả

Hầu như mỗi ngày, các nhà khoa học trên thế giới đều công bố phát triển một phương pháp mới để tăng hiệu quả của các mô-đun năng lượng mặt trời. Hãy làm quen với những điều thú vị nhất trong số họ. Năm ngoái, Sharp đã giới thiệu một loại pin mặt trời với hiệu suất 43,5%. Họ có thể đạt được con số này bằng cách lắp một thấu kính để tập trung năng lượng trực tiếp vào phần tử.

Các nhà vật lý người Đức không hề tụt hậu so với Sharp. Vào tháng 6 năm 2013, họ đã giới thiệu pin mặt trời của mình với diện tích chỉ 5,2 mét vuông. mm, gồm 4 lớp phần tử bán dẫn. Công nghệ này cho phép đạt hiệu suất 44,7%. Hiệu quả tối đa trong trường hợp này cũng đạt được bằng cách đặt gương cầu lõm vào đúng tiêu điểm.

Vào tháng 10 năm 2013, kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học từ Stanford đã được công bố. Họ đã phát triển một loại composite chịu nhiệt mới có khả năng tăng hiệu suất của các tế bào quang điện. Giá trị lý thuyết của hiệu suất là khoảng 80%. Như chúng ta đã viết ở trên, chất bán dẫn, bao gồm silicon, chỉ có khả năng hấp thụ bức xạ IR. Vì vậy, hoạt động của vật liệu composite mới là nhằm chuyển đổi bức xạ tần số cao thành tia hồng ngoại.

Tiếp theo là các nhà khoa học Anh. Họ đã phát triển một công nghệ có khả năng tăng hiệu suất tế bào lên 22%.Họ đề xuất đặt các hạt nano nhôm trên bề mặt nhẵn của các tấm màng mỏng. Kim loại này được chọn do thực tế là nó không hấp thụ ánh sáng mặt trời, mà ngược lại, phân tán nó. Do đó, lượng năng lượng mặt trời được hấp thụ tăng lên. Do đó làm tăng hiệu suất của pin năng lượng mặt trời.

Ở đây chỉ đưa ra những diễn biến chính, nhưng vấn đề không chỉ giới hạn ở chúng. Các nhà khoa học đang đấu tranh cho từng phần mười của một phần trăm, và cho đến nay họ đang thành công. Chúng ta hãy hy vọng rằng trong tương lai gần, hiệu suất của các tấm pin mặt trời sẽ ở mức thích hợp. Sau khi tất cả, khi đó lợi ích từ việc sử dụng các tấm sẽ là tối đa.

Bài viết được chuẩn bị bởi Abdullina Regina

Mátxcơva đã và đang sử dụng các công nghệ mới để chiếu sáng đường phố và công viên, tôi nghĩ rằng hiệu quả kinh tế đã được tính toán ở đó:

Các loại tế bào quang năng mặt trời và hiệu quả của chúng

Hoạt động của các tấm pin mặt trời dựa trên đặc tính của các phần tử bán dẫn. Ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm quang điện sẽ đánh bật các phôtôn ra khỏi quỹ đạo ngoài của nguyên tử. Số lượng lớn các electron tạo thành cung cấp dòng điện trong một mạch kín. Một hoặc hai bảng cho nguồn điện bình thường là không đủ. Do đó, một số mảnh ghép lại thành tấm pin mặt trời. Để có được điện áp và công suất cần thiết, chúng được mắc song song và nối tiếp. Số lượng pin mặt trời lớn hơn sẽ cho diện tích hấp thụ năng lượng mặt trời lớn hơn và tạo ra nhiều năng lượng hơn.

Tế bào quang

Một trong những cách để tăng hiệu quả là tạo ra các tấm nhiều lớp. Cấu trúc như vậy bao gồm một tập hợp các vật liệu được sắp xếp thành từng lớp. Việc lựa chọn vật liệu được thực hiện theo cách mà các lượng tử của các năng lượng khác nhau được thu nhận.Một lớp với một vật liệu sẽ hấp thụ một loại năng lượng, với một loại năng lượng thứ hai, v.v. Nhờ đó, có thể tạo ra các tấm pin mặt trời với hiệu suất cao. Về mặt lý thuyết, những tấm bánh sandwich như vậy có thể cung cấp Hiệu quả lên đến 87 phần trăm. Nhưng đây là trên lý thuyết, còn trên thực tế, việc sản xuất các mô-đun như vậy là có vấn đề. Thêm vào đó, chúng rất đắt.

Hiệu quả của hệ thống năng lượng mặt trời cũng bị ảnh hưởng bởi loại silicon được sử dụng trong pin mặt trời. Tùy thuộc vào việc sản xuất nguyên tử silicon, chúng có thể được chia thành 3 loại:

• Đơn tinh thể;
• Đa tinh thể;
• Tấm silicon vô định hình.

Pin mặt trời làm bằng silicon đơn tinh thể có hiệu suất từ ​​10-15%. Chúng hiệu quả nhất và tiết kiệm chi phí nhất. Mô hình polysilicon có watt điện rẻ nhất. Phần lớn phụ thuộc vào độ tinh khiết của vật liệu, và trong một số trường hợp, các nguyên tố đa tinh thể có thể hiệu quả hơn các nguyên tố đơn tinh thể.

Bảng điều khiển silicon vô định hình