...

Wysoce wydajny hybrydowy moduł fotowoltaiczny z koncentratorem

28 lipca 2022
Wysoce wydajny hybrydowy moduł fotowoltaiczny z koncentratorem

Juan Francisco Martínez Sánchez, naukowiec z Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, 18 lipca br. otrzymał nagrodę Gips-Schüle Young Talent Award za połączenie klasycznego krzemowego modułu fotowoltaicznego z technologią koncentracji fotowoltaicznej. Kluczowa innowacja jego modułu wykorzystuje bezpośrednie światło słoneczne, które jest kierowane przez soczewki na ogniwa słoneczne koncentratora o wielkości zaledwie kilku milimetrów kwadratowych. Dzięki krzemowym ogniwom słonecznym jego moduł zamienia również rozproszone światło i promieniowanie na energię elektryczną.

Sprawdzone, krzemowe ogniwa fotowoltaiczne stanowią obecnie ponad 95 % światowego rynku. Jednak wydajność modułów jest ograniczona przez limit sprawności fizycznej pojedynczego krzemowego ogniwa słonecznego wynoszący obecnie 29,4 %. Koncentratorowe moduły fotowoltaiczne (CPV) z wielozłączowymi ogniwami słonecznymi wykonanymi z półprzewodników III-V oferują alternatywne podejście technologiczne. Ogniwa słoneczne IV już osiągają sprawność do 47,6 % dzięki koncentracji światła słonecznego. Jednak moduły fotowoltaiczne z koncentratorem wykorzystują tylko bezpośrednią część światła słonecznego. Światło rozproszone, które jest spowodowane np. przez chmury, nie może być skupione przez optykę. Z tego powodu koncentracja fotowoltaiki była do tej pory stosowana przede wszystkim w elektrowniach fotowoltaicznych w rejonach wysokousłonecznionych.

Połączenie zalety dwóch technologii

Nowe rozwiązanie hybrydowego modułu CPV/PV, opracował i zaprezentował Juan Martínez w swojej pracy doktorskiej na INATECH na Uniwersytecie we Fryburgu. Aby wydajnie przekształcać zarówno bezpośrednie, jak i rozproszone światło słoneczne na energię elektryczną połączył on koncentratorowy moduł fotowoltaiczny z wielkopowierzchniowymi krzemowymi ogniwami słonecznymi. W tym celu maleńkie wielozłączowe ogniwa słoneczne III-V zostały naklejone na specjalnie wyprodukowane krzemowe ogniwa. Światło słoneczne padające prostopadle na moduł jest skupiane przez soczewki Fresnela na ogniwach słonecznych III-V, gdzie jest efektywnie zamieniane na energię elektryczną. Rozproszone światło z przodu i z tyłu modułu pada na krzemowe ogniwa słoneczne i przyczynia się również do uzysku energii elektrycznej.

Dzięki takiemu podejściu po raz pierwszy na świecie można było zademonstrować moduł, który osiąga moc 350 W/m2. Główna zaleta: ten moduł nadaje się również do lokalizacji w Europie. – Chciałem rozszerzyć geograficzne zastosowanie technologii CPV na regiony o wysokim zapotrzebowaniu na energię elektryczną, takie jak Europa, gdzie udział bezpośredniego światła słonecznego jest niższy – mówi Juan Martínez. – Moduł EyeCon to najbardziej wydajna technologia przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną i mamy nadzieję, że wkrótce uda nam się przenieść ten pomysł z laboratorium na rynek. Obecnie poszukujemy do tego partnerów – mówi dr. Frank Dimroth, kierownik działu fotowoltaiki III-V i technologii koncentratorów w Fraunhofer ISE.

Opracowano nową procedurę oceny wyników

Moduł hybrydowy wyposażony w poczwórne ogniwa słoneczne o nazwie „EyeCon” znalazł się w uznanej na całym świecie tabeli wydajności ogniw słonecznych czasopisma branżowego Progress in Photovoltaics. W tym celu Sánchez musiał najpierw opracować nowy proces oceny wydajności dwuosiowych śledzących hybrydowych modułów i zlecić jego ocenę międzynarodowym specjalistom. Procedura opracowana przez firmę Sanchez służy obecnie jako podstawa do dyskusji przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną na temat nowych standardów określania wydajności hybrydowych modułów CPV/PV.

Źródło: ISE Frauhofer

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika