VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Среди возобновляемых источников энергии солнечная энергетика по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности одна из наиболее перспективных. Но на нынешний момент солнечные батареи имеют два весомых недостатка – высокую цену и низкую эффективность. Повышение кпд является лучшим способом снизить затраты на солнечную энергию.

КПД солнечной батареи зависит от чистоты пластин, которые используются в качестве сырья при изготовлении. Кроме того, очень важно, является ли панель монокристаллического или поликристаллического вида. Большинство крупных компаний концентрирует свои усилия именно на повышении эффективности, для сокращения расходов в беспощадном использовании солнечной энергетики. Повышение коэффициента полезного действия солнечных модулей – головная боль всех исследователей, работающих в данном направлении. На сегодняшний день КПД подобных устройств находится в пределах от 15 до 25 %. Процент очень низкий. КПД в 15-18% монокристаллических панелей и 12-14% поликристаллических, изготовленных в условиях промышленного типа производства, скорее всего, достиг своего технического и технологического потолка. Степень очистки сырья для монокристаллических модулей уже составляет три девятки после запятой и дальнейшее повышение степени чистоты материала экономически не оправдано.

Наибольший потенциал в повышении эффективности имеют медь-индий-галлий-сульфидные (CIGS) и кадмий - теллур (Cd-Te). Многие изготовители продвигают вперед разработку этой технологии и представляют один из наиболее высоких показателей эффективности своих моделей, увеличив его на 19%. Они достигли этого значения, используя несколько методов, в том числе – применение отражающих покрытий, которые могут захватить больше света от угла.

Теоретическое значение коэффициента полезного действия фотоэлектронного преобразователя на основе кремния составляет около 30%. Это связано со скоростью рекомбинации заряженных частиц, количеством собственной концентрации носителей при различных температурах и степени чистоты материала. Кроме этого, на значение КПД влияет состав и способ формирования р-слоя и его светопоглощающая способность. Эти факторы определили направления повышения КПД фотоэлектронных устройств.

Состав и способы формирования р-n слоя

В настоящее время используются и развиваются три способа формирования р-n слоя.

1. Насыщение поверхностного слоя химическими элементами или соединениями химическим, электрохимическим и физическим способом. Насыщение поверхности происходит в результате реакций легирующих элементов и основы или бомбардировки поверхности выбранными элементами.

2. Многослойные тонкопленочные покрытия (тонкопленочная фотовольтаика). Перспективным направлением стали кремнийорганические пленки, халькогенидные материалы (содержащие серу, селен, теллур) и пленки на основе аморфного кремния (a-Si), теллурида кадмия и медь-индий-галлий-диселенида.

3. Нанотехнологии (наногетероструктурные фотопреобразователи). В этой области различают два направления: формирование поглощающего слоя на основании нанотрубок из графена (толщина стенки 1-2 атома углерода) с наполнителем из кремний содержащих компонентов и токопроводящих полимеров с добавлением кремния.

Кроме этого, на повышение КПД, или его удержание на прежнем уровне, влияет качество и свойства поверхности фотоэлемента.

Обнадеживающие перспективы развития

На сегодняшний день абсолютный рекорд КПД в солнечной энергетике принадлежит Американским разработчикам и составляет 42,8 %. Это значение на 2 % выше предыдущего рекорда 2010 года. Рекордное количество энергии удалось добиться при усовершенствовании солнечной батареи из кристаллического кремния. Уникальностью такого исследования служит тот факт, что все замеры были проведены исключительно в рабочих условиях, то есть не в лабораторных и тепличных помещениях, а в реальных местах предполагаемой установки.

С каждым днем человечество все ближе приближается к тому моменту, когда солнечная энергия полностью заменит вредные и дорогие, используемые в настоящее время, источники энергии, и станет в один ряд с такими гигантами как гидроэлектростанции.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Байерс Т.20 конструкций с солнечными элементами: учебник. - М.: Мир, 2008. - 197С.

2. Шефтер И.Я. Использование энергии солнца: учебное пособие. - М.: Энергия, 2010. - 247С.

3. Электроннный ресурс: http://ekobatarei.ru/energia/uvelichenie-proizvoditelnosti-solnechnyx

4. Электроннный ресурс: http://energystock.ru/solnechnye-batarei/kpd-solnechnoj-batarei

5. Электроннный ресурс: http://solarb.ru/node/890