Fotowoltaiczne panele skupiające z wbudowanym mikrotrackingiem przeznaczone do montowania na dachach wykazały się znaczącą przewagą w porównaniu z „tradycyjnymi” odpowiednikami. Produkują ponad 50% więcej energii na dzień niż standardowe ogniwa fotowoltaiczne. Dowiedziono tego w eksperymencie, w którym w terenowych warunkach testowano obydwa systemy, aby porównać ich uzyski w ciągu dwóch słonecznych dni.

Ogniwa fotowoltaiczne coraz tańsze

Dawniej ogniwa słoneczne były bardzo drogie, ale w ostatnich czasach znacząco potaniały. „W rezultacie, ogniwa słoneczne nie są obecnie głównym elementem odpowiadającym za cenę instalacji do produkowania energii słonecznej. Większość kosztów wynika z cen całej reszty – inwertera, pracy monterów, opłat za pozwolenie na przyłączenie do sieci [w USA – przypis redakcji]” – zauważa Charles K. Etner, asystent na Penn State University.

Wraz z rosnącym popytem na energię słoneczną, zwiększa się nacisk na produkcję możliwie jak najbardziej wydajnych paneli.  Obecnie dominujące na rynku panele krzemowe mają wydajność 15 – 20%. Skupiające panele fotowoltaiczne (CPV – concentrating photovoltaics) koncentrują światło słoneczne na  mniejszych, za to o wiele wydajniejszych ogniwach – podobnych do tych, jakich używa się na satelitach. Takie rozwiązanie pozwala uzyskać ogólną wydajność 35 – 40%. Produkowane obecnie systemy CPV są duże (rozmiaru billboardów) i posiadają trackery śledzące kąt padania promieni słonecznych w ciągu dnia. Takie systemy najlepiej sprawdzają się na otwartych, nasłonecznionych przestrzeniach.

W kierunku coraz większej wydajności

Celem naukowców z Pennsylvania State University jest stworzenie wysoce wydajnych paneli CPV w formie zbliżonej do standardowych paneli fotowoltaicznych montowanych na dachach domów. Aby tego dokonać, badacze umieścili maleńkie ogniwa fotowoltaiczne (rozmiarów ok. połowy milimetra kwadratowego) w szklanej szybie, którą montuje się pomiędzy dwoma zestawami plastikowych soczewek. Cała konstrukcja ma zaledwie dwa centymetry grubości i system trackingu jest wykonany w zadziwiająco prosty sposób. Tracking opiera się na włożeniu warstwy ogniw fotowoltaicznych pomiędzy zestawy soczewek, podczas gdy panel przymocowany jest do dachu. Jeden centymetr przemieszczenia się panelu fotowoltaicznego trwa cały dzień, więc ruch związany ze „śledzeniem Słońca” jest praktycznie niezauważalny. Naukowcy przyznają, że skonstruowany przez nich system CPV produkuje o 54% więcej energii w czasie słonecznego dnia, niż konwencjonalne panele słoneczne. Gdyby dało się uniknąć przegrzewania się mikroogniw fotowoltaicznych, produkowałby nawet 73% więcej energii w ciągu dnia niż tradycyjny system.

Rozwiązanie dla intensywnego promieniowania

Według twórców, ten rodzaj systemów CPV jest idealny dla miejsc, gdzie promieniowanie słoneczne jest bezpośrednie.  Jest to tzw. promieniowanie twarde – przeciwieństwo miękkiego, rozproszonego promieniowania występującego często w klimacie umiarkowanym. Przykładem takiego miejsca jest np. Australia. Kontynent ten może być dobrym potencjalnym rynkiem zbytu dla  paneli słonecznych tego typu.  Innym miejscem o zbliżonych warunkach klimatycznych jest np. południowo – zachodnia część USA. Dzięki zwiększonej wydajności na małej powierzchni panelu, są one rekomendowane wszędzie tam, gdzie trzeba wyprodukować dużą ilość energii elektrycznej, dysponując przy tym małą powierzchnią.

Naukowcy zauważają, że główne problemy stanowi zarówno przeskalowanie systemu tak, aby mógł z powodzeniem działać na większych obszarach, oraz upewnienie się, że jest on w stanie solidnie funkcjonować przez dłuższy czas. Są to znaczące wyzwania, jednak badacze pozostają optymistyczni.

Z właściwym zapleczem inżynierskim, zamierzamy dokonać znaczącego kroku w kierunku zwiększonej wydajności. Chcemy stworzyć rozwiązanie, które mogłoby mieć rozmaite zastosowania, od dachów po pojazdy elektryczne – tak naprawdę wszędzie, gdzie istotne jest generowanie znacznej ilości energii z ograniczonej powierzchni” (Chris Giebink)

Przełomowy krok w kierunku intensywnej produkcji energii słonecznej

Maleńkie mikroogniwa produkujące energię słoneczną z dużą wydajnością mogą rozpocząć rewolucję w dziedzinie fotowoltaiki. Uzysk dużych ilości energii będzie możliwy ze znacznie mniejszych instalacji, niż dotychczas. Panele fotowoltaiczne będą stawać się tańsze. Zwiększy się także różnorodność ich zastosowań – pojawią się tam, gdzie do tej pory nie byłyby instalacją oferującą wystarczającą ilość energii. Pozostaje mieć nadzieję, że problem przeskalowania systemu oraz możliwości długotrwałego, bezawaryjnego działania doczeka się rozwiązań i innowacyjne panele wkrótce trafią na rynek.

Źródło: Penn State University

 

Redakcja GLOBEnergia