Eficiência de células e módulos solares

Todos os anos, os problemas de escassez de energia e poluição ambiental estão ficando cada vez piores: os recursos fósseis estão se esgotando e o consumo humano de eletricidade está crescendo constantemente. Nesse contexto, não surpreende que os cientistas continuem aprimorando métodos alternativos de geração de eletricidade.

Junto com outras fontes limpas, como vento, marés, ondas do mar, calor da terra e outras, não perdem sua importância e usinas de energia solar, tradicionalmente construídos a partir de baterias baseadas em células fotovoltaicas. O principal requisito para as células solares é a maior eficiência possível, a maior eficiência possível da conversão da radiação solar em eletricidade.

O problema com as células solares é que, embora o fluxo de radiação (que irradia do Sol e atinge a Terra) tenha uma potência específica no limite superior da atmosfera na região de 1400 W / m2, no entanto, em tempo nublado perto da superfície da Terra em o continente europeu resulta apenas 100 W / sq.m. e menos ainda.

Eficiência de uma célula solar, módulo, matriz — A proporção da saída elétrica de uma célula solar, módulo, bateria para o produto da densidade do fluxo de energia solar por área, respectivamente, da célula, módulo, bateria.

Eficiência da usina solar — A relação entre a energia elétrica gerada e a energia solar recebida durante o mesmo intervalo de tempo à superfície, que constitui a projeção da área da usina solar em um plano normal aos raios solares .

Os painéis solares mais populares hoje em dia permitem extrair eletricidade dos raios solares com uma eficiência de 9 a 24%. O preço médio de tal bateria é de cerca de 2 euros por watt, enquanto a produção industrial de eletricidade a partir de células fotovoltaicas custa hoje 0,25 euros por kWh. Enquanto isso, a European Photovoltaic Association prevê que até 2021 o custo da eletricidade "solar" gerada industrialmente cairá para € 0,1 por kWh.

Cientistas de todo o mundo estão tentando melhorar a eficiência de seus fotocélulas… Todos os anos há notícias de vários institutos, onde repetidamente os cientistas conseguem criar módulos solares com eficiência recorde, módulos solares baseados em uma nova composição química, módulos solares com concentradores mais eficientes, etc.

As primeiras células solares de alta eficiência foram demonstradas publicamente em 2009 pela Spectrolab. Em seguida, a eficiência das células atingiu 41,6%, ao mesmo tempo em que foi anunciado o início da produção industrial de células solares com eficiência de 39% em 2011. Como resultado, em 2016 a Spectrolab iniciou a produção de painéis solares com um eficiência de 30, 7% para naves espaciais.

Em 2011A Solar Junction, com sede na Califórnia, alcançou uma eficiência ainda maior de 43,5% com uma célula solar de 5,5 mm por 5,5 mm, superando o recorde recentemente estabelecido pela Spectrolab. Os elementos multicamadas de três camadas foram planejados para serem fabricados em uma fábrica, cuja construção exigiu um empréstimo do Ministério da Energia.

Sistema solar Sun Simba que inclui concentrador ópticoe com eficiência de 26 a 30%, dependendo da iluminação e do ângulo de incidência da luz, foi apresentado em 2012 pela empresa canadense Morgan Solar. Os elementos incluíam arsenieto de gálio, germânio e plexiglass.Este desenvolvimento permitiu a uma viúva aumentar a eficiência das tradicionais células solares de silício.

Células Sharp de três camadas à base de índio, gálio e arsenieto, medindo 4 por 4 mm, apresentam uma eficiência de 44,4%. Eles foram demonstrados em 2013. Mas no mesmo ano, a empresa francesa Soitec, juntamente com o Berlin Center. Helmholtz e especialistas do Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems concluíram o desenvolvimento de uma fotocélula de lente Fresnel.

Sua eficiência é de 44,7%. E um ano depois, em 2014, o Fraunhofer Institute obteve uma eficiência de 46%, novamente em um elemento de lente Fresnel. A estrutura da célula solar contém quatro junções: fosfato de índio e gálio, arsenieto de gálio, arsenieto de gálio e índio e fosfato de índio.

Os criadores da célula afirmam que a bateria, composta por 52 módulos, incluindo lentes Fresnel (16 sq. cm cada) e fotocélulas receptoras ultra-eficientes (apenas 7 sq. mm cada) pode, em princípio, converter 230 sóis de luz em eletricidade… .

A alternativa mais promissora ao que temos agora, os analistas preveem a criação em um futuro próximo de células fotovoltaicas com eficiência de cerca de 85%, trabalhando com o princípio de corrigir a corrente causada pela radiação eletromagnética do Sol (afinal, a luz solar é uma onda eletromagnética com uma frequência de cerca de 500 THz) em uma pequena nanoantena com um tamanho de alguns nanômetros.