Fotovoltaické články s malými leskmi by mohli revolúciu so solárnou energiou

Anonim

Fotovoltaické články s malými leskmi by mohli revolúciu so solárnou energiou

prostredie

Jude Garvey

22. decembra 2009

3 obrázky

Testovací prototyp solárnych článkov s mikroskopickým šošovkovým poľom upevneným nad ním - bunka a šošovka pomáhajú vytvoriť koncentrovanú fotovoltaickú jednotku (obrázok: Randy Montoya)

Vedci z laboratórií Sandia National Laboratories vyvinuli drobné fotovoltaické články s veľkým množstvom lesku, ktoré sú desaťkrát tenšie ako bežné solárne články a môžu sa jeden deň používať v rôznych aplikáciách - od satelitov a diaľkového snímania až po stany a možno aj oblečenie. Áno, tieto bunky by mohli zmeniť priemerného Joeho na nabíjaciu nabíjačku solárnych batérií.

Výskumný tím spoločnosti Sandia identifikoval viac ako 20 výhod veľkosti týchto malých buniek v porovnaní s tradičnými solárnymi článkami vrátane lepšieho výkonu, vyššej efektívnosti a prípadne znížených nákladov. Greg Nielson, vedúci výskumu spoločnosti Sandia, povedal: "Nakoniec by sa jednotky mohli hromadne vyrábať a zabaliť do nezvyčajných tvarov pre solárne zariadenia, stany a dokonca aj oblečenie, " dodal. To by umožnilo lovcom, turistom alebo vojenskému personálu v teréne dobíjať batérie pre telefóny, kamery a iné elektronické zariadenia pri chôdzi alebo odpočinku. "

Zatiaľ čo solárne nabité oblečenie nie je zvlášť novým konceptom, očakáva sa, že tieto slnečné častice - vyrobené z kryštalického kremíka budú mať viac aplikácií, budú lacnejšie a budú mať vyššiu účinnosť ako fotovoltaické články vyrobené zo šesťpalcových štvorcových solárnych článkov. Okrem toho sa domnieva, že moduly vyrobené z fotovoltaických článkov môžu mať inteligentné ovládacie prvky, meniče a pamäť integrované na úrovni čipov. Takýto integrovaný modul by mohol zmierniť problémy, ako sú ťažkopádne konštrukcie a procesy integrácie siete, ktoré v súčasnosti skúmajú tímy pre solárnu technickú pomoc.

Lacné ako čipy

Zníženie nákladov je čiastočne spôsobené tým, že mikrobunky nepotrebujú veľa materiálu na to, aby sa stali vysoko účinnými a dobre kontrolovanými zariadeniami. Majú hrúbku iba 14 až 20 mikrónov - ľudské vlasy majú hrúbku približne 70 mikrónov - a sú desaťkrát tenšie než bežné solárne články s rozmermi 6 x 6 palcov, ale môžu byť použité vo veľkom meradle. To by mohlo znamenať zníženie výrobných a montážnych nákladov v porovnaní so súčasnými fotovoltaickými technikami.

Sandia výskumník Murat Okandan povedal: "Takže používajú 100 krát menej kremíka na výrobu rovnakého množstva elektriny. Keďže sú oveľa menšie a majú menej mechanických deformácií v danom prostredí ako bežné bunky, môžu byť aj dlhodobejšie spoľahlivejšie. "

Pomocou komerčného stroja, ktorý sa nazýva pick-and-place, je možné umiestniť až 130 000 kusov trblietky za hodinu v elektrických kontaktných miestach, ktoré sú na podklade predtým. Náklady sa odhadujú na jednu desatinu centov za kus a očakáva sa, že každý modul bude obsahovať 10 000 až 50 000 buniek na meter - v závislosti od požadovanej úrovne optickej koncentrácie.

Nízkonákladové solárne koncentrátory môžu byť umiestnené nad každú bunku, čo zvýši počet fotónov, ktoré sa pomocou fotovoltaického efektu premenia na elektróny. A hoci bunky sú malé, majú vysoký napäťový výstup, čo znižuje náklady spojené s elektroinštaláciou.

Menšie môže byť niekedy lepšie

Keďže bunky sú také malé, môžu byť vyrobené z komerčných plátkov akejkoľvek veľkosti a ak je jedna bunka zaniknutá, môže byť jednoducho nahradená skôr než nahradiť celú jednotku s veľkosťou tehla. Tieto malé bunky majú individuálne zapojenie, čím eliminujú potrebu silnejších elektrických vedení, aby zvládli zvýšený výkon. Existuje tiež menej problému s tieňovaním z nadzemných prekážok. "Tolerancia odtieňov našich jednotiek voči nadradeným prekážkam je lepšia ako konvenčné fotovoltické panely, " povedal Nielson, "pretože časti našich jednotiek, ktoré nie sú v tieni, budú stále vysielať elektrickú energiu, kde sa môže úplne vypnúť čiastočne zatienený konvenčný panel."

Zmena je dobrá

Hoci dochádza k obrovskej zmene z výroby konvenčných kremíkových doštičiek na výrobu mikrovlnných fotovoltických článkov, tím verí, že proces bude relatívne jednoduchý, pretože by používali techniky používané v odvetviach mikroelektromechanických systémov (MEMS), elektroniky a LED.

Tieto bunky budú vytvorené na kremíkových plátkoch, leptané a vyrobené v šesťuholníkovom tvare s elektrickými kontaktmi obsiahnutými na každom tvare. V tomto štádiu môže byť elektrina z buniek zlikvidovaná s výkonom 14, 9 percenta - to je priaznivo porovnateľné s komerčnými modulmi, ktoré majú účinnosť od 13 do 20 percent.

Via Sandia National Laboratories

Tím výskumu spoločnosti Sandia uchováva vzorky obsahujúce mikroskopické bunky (Obrázok: Randy Montoya)

Tenké kryštalické kremíkové fotovoltaické články majú hrúbku od 14 do 20 mikrónov - ľudský vlas je asi 70 mikrometrov (obrázok: Murat Okandan)

Testovací prototyp solárnych článkov s mikroskopickým šošovkovým poľom upevneným nad ním - bunka a šošovka pomáhajú vytvoriť koncentrovanú fotovoltaickú jednotku (obrázok: Randy Montoya)