30.05.2016
Марк Кеверс с солнечным, четырех контактным мини-модулем, созданным в Университете Нового Южного Уэльса. Изображение предоставлено Робом Ларгентом и UNSW.
Солнечные батареи новой конфигурации, разработанные инженерами из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, позволили повысить эффективность солнечных модулей до 34,5%. По сути это - новый мировой рекорд по расфокусировке солнечного света и приближение к теоретическому пределу, для такого рода устройств.
Этот рекорд был установлен доктором Марком Keверсом и профессором Мартином Грином, старшим научным сотрудником и директором, соответственно, Австралийского центра UNSW, исследующего современные фотоэлементы. В процессе работы использовался четырех контактный мини-модуль площадью 28 кв. см, встроенный в призму. За счет этого из солнечного света извлекается максимум энергии.
Чтобы извлечь как можно больше энергии из каждого солнечного луча, входящие лучи разделяют на четыре полосы, применяя гибридный четырех контактный модуль.
Новые результаты UNSW, подтверждаемые Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии США, практически на 44% лучше, чем результаты предыдущего рекорда, полученного Alta Devices в США (24% эффективности на поверхности большей площади, 800 кв. см.).
Марк Кеверс отметил: «Этот обнадеживающий результат показывает, что прогресс в деле повышения эффективности солнечных батарей все еще возможен. Получение большего объема энергии от каждого луча имеет решающее значение для снижения стоимости электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, а это - возможность снизить объемы инвестиций и быстрее получить окупаемость».
Этот результат получен той же командой UNSW, которая в 2014 году установила мировой рекорд, увеличив норму преобразования электроэнергии до 40% с помощью зеркала, концентрирующего свет. Были применены приборы, известные, как концентраторы фотоэлементов, аналогичным образом разделяющие волны различной длины. Новый результат был получен без концентраторов, с помощью обычного солнечного света.
«Этого уровня эффективности мы не могли достичь в течение многих лет», сказал Мартин Грин, ученый, который руководил исследованиями в течение почти 40 лет его работы в UNSW. «Недавнее исследование в Agora Energiewende, проводилось с достаточно дерзкой целью – достичь КПД 35% к 2050 году для модулей, которые используют неконцентрированный солнечный свет, таких как стандартные, установленные на частных домах.
Он также добавил, что «эффективность солнечных модулей – это область, в которой продвижение вперед идет быстрее, нежели ожидали многие эксперты, и это хорошая новость. Мы обязаны поддерживать темп исследований в Австралии, чтобы не только достигать впечатляющих результатов, но и приносить пользу обществу».
Австралийские исследования фотоэлементов уже обеспечили приток в страну более 8 млрд. долларов, отмечает Грин. Рост эффективности стал возможен благодаря элементам PERC UNSW. Согласно прогнозам, это позволит сэкономить порядка 750 млн. долларов, на внутреннем производстве энергии, в ближайшее десятилетие. Солнечные элементы PERC были изобретены в UNSW, и уже сейчас они становится коммерческим стандартом во всем мире.
Рекордный мини-модуль UNSW объединяет в себе элемент кремния с одной стороны стеклянной призмы, с тремя контактами солнечной батареи, с другой стороны.
Трех контактный элемент намечает дискретные полосы поступающего солнечного света, применяя комбинацию из трех слоев: индий-галлий-фосфида, индий-галлий-арсенида и германия. Когда солнечный свет проходит сквозь каждый слой, энергия извлекается при каждом переходе, по наиболее эффективной длине волны. При этом неиспользованная часть света проходит к следующему слою, и так далее.
Поступающий солнечный свет из инфракрасного диапазона, не использованный трех контактным элементом, отфильтровывается и отбрасывается к элементу кремния. Таким образом, извлекается максимум энергии из каждого луча, попадающего в мини-модуль.
Эффективность 34,5% мини-модуля площадью 28 кв. см. - это уже мировой рекорд, однако при масштабировании до 800 кв. см., с AltaDevices, эффективность 24% - это тоже отличный результат.
Кеверс по этому поводу сказал «Небольшая потеря энергии при наращивании масштабов возможна. Теоретически лимитом для четырех контактного устройства считается показатель 53%, это значит, что UNSW уже преодолело две трети пути к максимальной эффективности.
Multi-контактные солнечные элементы такого типа вряд ли будут монтироваться на крышах частных домов и офисных центров, в ближайшее время, из-за того, что они требуют больших ресурсов для производства и, следовательно, большего количества кристаллических кремниевых элементов с одним контактом. Но команда UNSW работает над новыми методами, чтобы минимизировать производственные сложности, а также создавать более дешевые мульти-контактный элементы.
Однако это тип расщепления идеально подходит для солнечных башен, которые уже сейчас разрабатываются в Ray Gen, Австралия. Для концентрации солнечного света применяются зеркала, свет затем преобразуется в электричество.