Каких только солнечных батарей не было изобретено с момента их появления на свет. Японские ученые решили, что плоская форма батарей не самая лучшая для них и решили сделать их круглыми. Что из этого получилось, читаем ниже.
Поделиться этой страницей в:
Сферические солнечные батареи производятся непосредственно из расплавленного кремния, что значительно сокращает производственные отходы. В процессе обычного нарезания слитка кремния на пластины теряется значительная часть «драгоценного» материала (по разным данным около 20% и более), и это сильно сказывается на стоимости пластин. Дефицит кремния стимулировал данную разработку японских ученых, так как данные ячейки используют намного меньше кремния и должны стоить намного дешевле своих конкурентов.
Но экономия сырья не единственный плюс данной разработки. Солнечный свет, облучающий солнечный элемент, в большинстве случаев отраженный или рассеянный. Сферическая солнечная батарея берет свет со всех сторон, в отличие от планарных, в которых угол падения солнечных лучей невелик. Для максимальной эффективности солнечный свет должен падать перпендикулярно фотопоглощающей поверхности. Сферические ячейки поглощают свет в трех плоскостях.
Есть такое мнение что солнечный свет идет в одном направлении и поэтому сферические элементы неэффективны по сравнению с плоскими солнечными батареями. Тем не менее компания Kyosemi с 1994 года вела разработку в этом направлении и в 2004 году зарегистрировали товарный знак Sphelar – сферические солнечные ячейки. Диаметр Sphelar около 1-2 мм. Столь миниатюрный размер позволяет создавать модули различных форм, а также гибкие модули.
На данный момент есть несколько технологий получения Sphelar. Один из них - это получение капель гравитацией. Расплавленный кремний подается в вертикальную трубу, где капля свободно падает. В продолжении полета благодаря силам поверхностного натяжения, кремний обретает вытянутую сферическую форму. После чего шлифовкой удаляется вытянутая сторона капли. Тем самым придается идеальная сферическая форма. Затем происходит процесс окисления. После чего удаляется внешний оксиленый слой за исключением мест где будут контакты. Дальше происходит легирование поверхности фосфором, в результате на поверхности образуется тонкий слой n-типа, а внутри сферы p-n переход. Он занимает почти всю внешнюю поверхность. Затем припаивают два электрода, один сверху для n-слоя и снизу для p-слоя, Данная запатентованная установка электродов дает равномерное распределение генерируемого тока и облегчает параллельно-последовательное соединение ячеек.
Размещение отражательного материала под ячейку значительно увеличивает выходную мощность, так как увеличивает сбор солнечных лучей за счет тыльной стороны сферы. Сферические ячейки соединены между собой сетью тонких контактов. И эта вся система помещена в прозрачное стекло, либо в гибкую мембрану. Поскольку каждая ячейка является дискретной, может быть создано любое последовательно-параллельное соединение. Такая конструкция позволяет использовать ячейки в прозрачных, гибких и произвольной формы материалах. В частности для создания энергогенерирующих фасадов, стекол, крыш, что не может быть достигнуто с помощью обычных плоских фотоэлементов. К примеру, на рисунке ниже показана фотоэлектрический модуль 1.8 м на 0.5 м с 46200 сферическими ячейками. Данная конструкция с двойным остеклением имеет мощность 13 Вт.
Сферические солнечные батареи имеют ряд других преимуществ по сравнению с обычными плоскими фотоэлементами. Во-первых, мощность модуля на основе сферических солнечных элементов в меньшей степени зависит от угла падения солнечного света. Сферические солнечные ячейки работают достаточно эффективно при малых углах прямого света в солнечный день и максимально собирают рассеянный свет в облачную погоду.
Во-вторых, панель со сферическими солнечными модулями прозрачна и может быть использована для естественного освещения помещения. При отсутствии надобности освещения, панель можно с тыльной стороны занавесить, что увеличит эффективность панели, тем самым позволив использовать солнечный свет, который обычно теряется.
В-третьих, сферические ячейки менее чувствительны к частичному затенению по сравнению с традиционными фотоэлектрическими модулями, поскольку могут быть подключены последовательно или параллельно. Паспортную эффективность и пиковая мощность обычных фотоэлементов обычно получают при стандартных испытаниях ( 1000 Вт/м2, 1.5 АМ, 25 С). Такие стандарты не могут быть использованы для тестирования сферических ячеек. Так как они не учитывают сбор с отраженного света и рассеянного, поэтому предпочтительней использовать значение сгененрированной энергии. Кроме того экологические факторы, такие как ежедневные колебания солнечного света, спектра и другие метеорологические параметры будут влиять на поведение модуля.
Для сравнения сферической ячейки с традиционным плоским элементом был произведен эксперимент. Исследование проводилось на крыше в городе Хокайдо, Япония, осенью 2009 года. Для эксперимента было взято по два модуля, два сферических и два плоских. Одна пара была установлена лицом на юг, другая – на запад. За полтора месяца работы сферические фотоэлементы выработали больше энергии чем плоские. Особенно высок был показатель у сферического модуля направленного на запад, он выработал 153 Вт*ч с 1 пикового Ватта мощности, плоский же выработал только 55,9 Вт*ч. Разница в 2.7 раза объясняется двусторонней ориентацией сферического модуля.
На главную
