אנרגיה סולארית עומדת כאחת המשאבים המתחדשים המבטיחים ביותר לצמצום התלות הגלובלית בדלקים מאובנים ושינוי האקלים המעודדים במהלך העשור האחרון, יעילות לוחות פוטו-וולטאיים (PV) השתפרה באופן משמעותי, אך החוקרים ממשיכים לחפש דרכים חדשות ללסחוט יותר כוח מכל מטר של פני השטח.אחד הגורמים הפחות מסולקים אך בעלי השפעה רבה יותר במרדף זה הוא הרעיון של התפלגות השמש – אפילו על ידי טכניקות יעילות יותר, על ידי קרינה, אפילו על ידי השפעות יעילות יותר, על פני השטח.

הבנה של הפצת רדינל באנרגיה סולארית

בצורתה הפשוטה ביותר, הפצת קרינה מתארת כיצד כמות – כלומר אור השמש – מתפוצצת החוצה מנקודת מפתח. כאשר השמש מכה פאנל סולארי, היא אינה שמיכה אחידה לחלוטין של אנרגיה.השמש היא מקור רחוק, מורחב, והקרניים שלה מגיעים אל הפאנל בזווית אור שונות, בהתאם לזמן של יום, עונות, וקווי רוחב.

הרעיון חשוב במיוחד במערכות המשתמשות באופטיקה של concentrator, אבל זה גם חשוב עבור לוחות שטוח-plate. אפילו במודול סיליקון סטנדרטי, הקצוות של הלוח מקבלים פחות אור מהמרכז בשל זווית של שכיחות ומסגרת. על ידי תכנון לוחות ומערכות אשר אחראי על הבדלים רדיואלים אלה, מהנדסים יכולים לשחזר אנרגיה אבודה ולשפר את יחס הביצועים הכולל.

הפיזיקה שמאחורי הפצת האור

כדי להעריך כיצד הפצה קורנלית משפיעה על יעילות, יש להבין את הפיזיקה הבסיסית של אינטראקציה קלילה-חומרית.כאשר אור השמש מכה בתא סולארי, שלושה דברים יכולים לקרות: השתקפות, שידור או ספיגה. רק פוטונים נספגים יכולים לייצר זוגות אלקטרונים לייצר חשמל.השבריר של אור נספג תלוי באורכי הגל, זווית של שכיחות, ואת תכונות פני השטח של התא.

הפצה רדיאלית מגיעה למשחק מכיוון שזווית של שכיחות משתנה על פני השטח של פאנל שטוח, קרני השמש כי הם ליד המרכז יש זווית כמעט-נורמלית של שכיחות (השתקפות נמוכה), בעוד קרניים כי להכות את הפינות או הקצוות יש זווית גבוהה יותר של שכיחות ובכך השתקפות גבוהה יותר.התוצאה היא אינטנסיביות ⁇ מן המרכז החוצה - דפוס רדיולי על ידי עיצוב מחדש של פני השטח או המהנדסים אופטיים, יכול להזיז יותר את הכת תאים פגיעים ולהפחית את הכת יותר קדמית.

הפצה רדיאלית ב-Sleph Technologies

לא כל לוחות השמש מושפעים באותה מידה על ידי הפצה קורנלית.הטכנולוגיה שמאחורי התאים ועיצוב המודול קובעים עד כמה רגיש המערכת לאור לא אחיד.

Monocrystalline Silicon Panels

לוחות מונוקריסטלליין מיוצרים מאבן סיליקון יחיד, טהור ומציע את היעילות הגבוהה ביותר בין טכנולוגיות סיליקון מסחריות - לעתים קרובות מעל 22%, המראה הכהה, אחיד שלהם מראה תוצאות מציפוי אנטי-reflective המקטין את ההשתקפות פני השטח.עם זאת, אפילו עם ציפויים מצוינים, אפקטים הפצה רדיו עדיין לגרום לירידה בביצועים בזווית גבוהה. יצרנים התייחסו זה על ידי הוספת תכונות טקסט קטנות (בפירמידה) או ביעילות פיזור תאים קלים של מפוזרים (בסטיים) מסייעות אור מפוזרים הסתברות).

Polycrystalline Silicon Panels

לוחות פוליקריסטלליין הם מעט פחות יעילים (כ-16-19%) אבל זול יותר לייצר.משטח כחול, מעוקל עשוי דגנים מרובים סיליקון.גבולות הדגנים יכולים לפעול כמרכזי Recombination, צמצום היעילות.דפוסי ההפצה האדרנאלית שלהם יכולים להחמיר את הבעיה הזו, כי אינטנסיביות אור לא אחידה יוצרת דור מוביל לא אחיד, המוביל להגדלת התשואות על פני השטח של דגנים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « תאים סולאריים סולאריים סרט שמשי « « ⁇ « סרטים דקים סולאריים סרט שמש דקים

טכנולוגיות סיליקון דק - כגון Gramium Telluride (CdTe), הנחושת בריום גליום גליידי (CIGS), וסיליקון amorphous (a-Si) - מופקדים על זכוכית, מתכת, או תת-שכבות גמישות. כי שכבת הקלט היא רק כמה מיקרומטרים עבים, למרות זאת מלכודות אור הוא קריטי לעתים קרובות על גבי משטח מתכת שקוף יותר (T) כדי לפיזור עמוק יותר על ידי ספירת תאים בהירים יותר על ידי ספירת שתן.

פאנלים ב-Bifacial Panels

מודולים Bifacial ללכוד אור הן הקדמיות והן משטחים האחוריים, עלייה של אנרגיה תשואה על ידי 5-30% בהתאם הקרקע albedo. התפלגות Radial הוא אפילו יותר מורכב עבור לוחות bifacial כי הצד האחורי מקבל diffuse משתקף אור, שיש לו הפצה זווית שונה מאשר אור שמש ישיר.שיפור הפצה רדיולית עבור עיצובים bifacial כרוך מבחר זהה של חומרים חשאיים מודול כדי להבטיח ששני הצדדים מקבל מקיפים, או מנפחים, 000 אחוריים, 000 אחוריים, או שימוש אחוריים.

ריכוז Photovoltaics (CPV)

מערכות CPV משתמשות בעדשות או מראות להתמקד באור השמש על תאים קטנים ויעילים מאוד.כאן, הפצה קורנלית היא רב-חשיבות - אם הנקודה הממוקדת אינה תואמת באופן מושלם, התא יכול לחמם יתר על המידה ולצמצם את התפוקה של החשמל טיפות. CPV מודולים משתמשים למעקב פעיל (dual-axis) כדי להשיג את השמש במרכזו על ציר אופטי.

טכניקות מפתח כדי אופטימיזציה של רדינל הפצה

מהנדסים פיתחו ערכת כלים של שיטות – חלקם שנלקחו מאופטיקה, אחרים ממדע חומרים מתקדמים – כדי לשפר את האופן שבו השמש מתפשטת על פני תאים סולאריים.

רכז לנס ומראות

עדשות פריסטל ומראות פרבוליים מתרכזים באור השמש על ידי גורם של 100-1000 ×. בעוד המטרה העיקרית שלהם היא להפחית את כמות חומר מוליכים למחצה יקר צורך, הם גם reshape את ההפצה הרדיואקטיבית. a היטב מתוכנן concentrator יוצר מקום אחיד בתא, במקום הפצה Gausian לא ניתן להוריד את העיוותים של 5%, כולל CLTFicic, אפילו Cvic II יכול להפחית את הפלט משני.

חוצות טקסט ומיקרו-מבנה

(הופנה מהדף הקדמי של תא סולארי עם פירמידות בקנה מידה מיקרון או תכונות אקראיות מפחיתה את ההשתקפות על ידי עד 50% בהשוואה משטח שטוח יותר, חשוב יותר, זה משנה את הכיוון של אור נכנס, גורם לקרניים אשר היו משתקפים במקום זוג לתוך התא.אפקט זה משפר את ההפצה הרדיואקטיבית על ידי הבטחת כי אור בולט ליד הקצוות של התא מופנה פנימה ולא אבוד טקסט מתקדם יכול גם להיות משולב עם סטיות: 0 מטווח 1 מקודמות על ידי ⁇ .

מערכות מעקב סולאריות

יחיד-אקסי ועוקבים דו-כיס שומרים על פני השטח של הפאנל לקרני השמש לאורך היום. על ידי צמצום זווית של שכיחות לאורך כל הפאנל, עוקבים כמעט לחסל ⁇ s הפצה רדיואקטיבית הנגרמת על ידי זווית שמש שונה.מונים שדה ממתקנים בקנה מידה גדול מראים כי מעקב יכול להגביר את התשואות האנרגיה על ידי 25–40% לעומת נטייה קבועה, לעקוב אחר עלייה מכנית ו-ידי שימוש יעיל יותר, כי הם נמצאים עם עלייה משמעותית של חומרים מסוכנים (מעקב אחר אקלים פחות).

« אנטי-Reflective Coatings

(ב) ציפויים של שיבושים של סיליקון (SiNNigtureFLT:0) או שכבת גליום (TiOph:2FLT:2FLT 3) - מחנכים את המודולים הסופיים של ספקטרום אנרגיה (הכולל) או ציפוי LT מודרניים יכולים לשמור על השתקפות נמוכה על טווח של ספקטרום של גלקסיות גדולות יותר מאשר קרינת CDD) אשר מסייע כיום לדגום של כמה תכונות רחבות של ⁇ .

משטחים ננו

בקצה המחקר, פני השטח עם תכונות ננו-קלריות - כגון nanowires, ננו-קוננים, או תבניות Moth-eye - יכול לספק ספיגה כמעט מושלמת על טווח ספקטרלי ואנגולרי רחב. מבנים אלה למעשה ליצור אינדקס ⁇ reactive מאוויר לסיליקון, ביטול מוחלט של אופטימיזציה אור לתוך מודות של אובד בתוך התא, הגדלת אורך הייצור עבור תאים סרטניים גמישים עדיין לא ניתן לדגמיים.

היתרונות של הגדלת רדינל הפצה

שיפור האופן שבו השמש מתפשטת על פני פאנל סולארי מספק יתרונות מוחשיים מעבר למספר יעילות הגלומה.

  • (התשואה:0) תשואות אנרגיה גבוהות יותר: FLT:1 אפילו שיפור של 1% במדיות יכול לתרגם ל-0.5-2% יותר ייצור אנרגיה שנתי, בהתאם למיקום ולנטייה של פאנל על ידי FLT:2NRELF3) הראה כי מודולים עם אופטימיזציה של טקסט וציפוי המיוצרים עד 3% אנרגיה במהלך השנה בהשוואה לסטנדרטים.
  • (FLT:0) שיפור ביצועים בתנאים נמוכים של אור: איורים 1:1 עם הפצה רדיונית טובה לשמור על פלט בימים מעוננים ובזריחה / תחילת.זה קריטי עבור מתקנים למגורים ומסחריים שבו השמש לעתים קרובות לא מעל פני מעל הראש.
  • (FLT:0) ,השפל של נקודה חמה: FIRLT:1 , תאורה אחידה מורידה את הסיכון של חימום מקומי, אשר יכול לגרום לפצח תאים או לעקוף הפעלה של דיודות משופרות יש תקופות חיים ארוכות יותר ואמינות גבוהה יותר.
  • (FLT:0) לוחות זולים יותר:FLT:1ir אם ניתן לייעל את הפצת הרדיום כדי ללכוד יותר אור לאזור יחידה, יצרנים יכולים להגדיל את תפוקת החשמל עבור אותו גודל פאנל או להשתמש פחות תאים כדי להשיג וואטאזון מסוים, צמצום עלויות החומר.
  • (FLT:0) עלויות איזון-המערכת (BOS): יעילות גבוהה יותר לפאנל פירושה פחות לוחות הדרושים לקיבולת מערכת נתונה, צמצום racking, wiring, and Install Work.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות ברורים, יישום שיפורים הפצה רדיורית הוא לא ללא מכשולים.האתגר המיידי ביותר הוא עלות מרקמים משטח מתקדם, ציפויים רב-שכבתיים, ומנגנוני מעקב מוסיפים הוצאות הייצור וההתקנה. עבור יישומים רבים, רווח יעילות מצטברת עשוי לא להצדיק את ההשקעה הנוספת במעלה מראש. אתגר שני הוא עמידות: משטחים מבנים וציפויים דקים חייב לשרוד שנים של חשיפה לקרינת UV, טמפרטורה מכנית, מחזורי חום, לחץ אווירי קרינה, לחץ אווירי קרינה, וחום (Ric).

הגבלה נוספת היא כי אופטימיזציה לתפוצה רדיו יעיל ביותר עבור אור השמש הישיר.באקלים עם כיסוי ענן כבד או עומסים אווירוסוליים גבוהים, אור דיפוזה שולט.אור דיפוזה מגיע מכל הזווית עם הפצה אחידה, כך שמאמצים להחזיר את התשואות האור הישירות להפחית את ההחזרות. - כגון מודולים המתג בין מעקב ומצבים קבועים בהתאם לכיסוי ענן - אך עדיין לא נחקרים.

לבסוף, יש את התחזוקה המעשית של אלקטרוניקה ברמת המודול.גם אם העיצוב האופטי מניב הפצה קורנלית מושלמת ברמת התא, המעגל החשמלי (תאים המחוברים למחזור) עדיין יסבלו לאותאם יש הבדלים בביצועים תאים.על ידי עקיצות דידות יכול להפחית כמה בעיות, אבל את הרווחים מהתפלגות אור משופרת ניתן לאבד חלקית אם התאים עצמם אינם מתאימים היטב לתאים מתקדמים כמו תאים או חצי מצעים עוזר להפחית את הגדלים.

כיוונים עתידיים ומחקר

תעשיית השמש אינה נחה על זריקתה.כמה טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות להפוך את אופטימיזציה לתפוצה קורנלית יעילה וזולה יותר.

החוקרים מפתחים לוחות שיכולים לשנות את התכונות האופטיות שלהם בזמן אמת.לדוגמה, שכבות נוזליות או אלקטרו-כרומטיות יכולות "לדחוף" אור לעבר התאים כאשר השמש נעה מחוץ ל-Axis. מערכות כאלה ישלבו את מיטב המעקב והפאנלים הסטטיים ללא חלקים מכניים.

(FLT:0) מטא-חומרים וגבישים פוטוניים: אנדרל 1 (איור 1) מבנים בעלי תבניות באורך גליות משנה יכולים לתמרן אור בדרכים שאינן אפשריות עם אופטיקה קונבנציונלית.חומר ממונע מעוצב היטב יכול לפעול כמלכודת אור אידיאלית, סופג כמעט 100% מהתקרית ללא קשר לזווית.

(FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית לתכנון: אלגוריתמי למידת מכונה 1FLT יכולים לדמות מיליוני מרקמים משטח אפשריים ופריסות אופטיות כדי לזהות את דפוס ההפצה הרדיואקטיבי האופטימלי למיקום גיאוגרפי נתון וגיאומטריה פאנלים כמו FLT:2 InsolightsFLT 3 וקבוצות אקדמיות השתמשו בלמידה עמוקה כדי לעצב ננונים אשר מובנים אנושיים-מחדשים פתרונות AI-Dassid;

(ב) תאים סולאריים עם אופטיקה אופטית: FLT (Tandem) 1 Tandem (multijunction) מחסנים תאים שונים כדי ללכוד ספקטרום רחב יותר של אור.כל שכבה יש פרופיל ספיגה אופטימלי שונה, וחלוקה קורנת חייבת להיות מותאמים לכל תאי משנה:2 טבע אנרגיה חלופית 3D3 הוכח על ידי שילוב של שכבות גל, 000 יכול להיות מנפח מעל פני עיגול אחד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ויזואלית, 000, 000, 000, 000, 000, 000 , 000 קיבולת גבוהה יותר מאשר , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 פשטות, 000 .

לבסוף, השילוב של משאבי אנרגיה מבוזרים ואובייקטים חכמים יוצר הזדמנות להשתמש בנתונים ממספר לוחות כדי להתאים באופן דינמי איזון עומס, התמודדות ביעילות עם אי-uniformities השונית בתחום.הרעיון של "מצטברים וירטואליים" - שימוש באלקטרוניקה כוח כדי לשלב את הפלט של כמה מודולים עם אוריינטציה שונות - הוא דרך מעניינת להכנת עבודה קרינת רדיו ברמה המערכת ולא ברמת התא.

מסקנה

הפצה רדיאלית עשויה לא להיות ידועה מאוד כציפוי אנטי-reflective או ארכיטקטורות תאים יעילות גבוהה, אבל זה היבט בסיסי של ביצועי פאנל סולארי המשפיעים על הכל מאנרגיה יומית לאמינות ארוכת טווח. על ידי הבנת כיצד אור מתפשט על פני פני השטח של פאנל ויישומים כגון פני השטח של מערכות חשמל מבוזרות, מרחיבים אופטיות, מעקב, עיצובים ונבנים, יכולות להיות יעילות השמש משמעותית יותר, כמו שיפורי חשמל מגנטיים, כמו גם על פני השטח של מערכת יעילה יותר.