Межі сонячної ефективності
Вперше він був розрахований Вільямом Шоклі та Гансом Квайсером у 1961 р. Ефективність перетворення енергії сонячного елемента - це відсоток потужності, перетвореної із сонячного світла в електричну в "стандартних умовах випробувань" (STC). Умови STC складають приблизний сонячний полудень весняного та осіннього рівнодення на континентальній частині Сполучених Штатів, поверхня сонячної батареї спрямована безпосередньо на Сонце.
Сучасний розрахунок SQ Limit - це максимальна ефективність 33% для будь-якого типу сонячних елементів з одним переходом. Оригінальний розрахунок Шоклі та Квайсера становив 30% для кремнієвого сонячного елемента. Поточна ефективність виробництва сонячних елементів залежить від ширини зазору напівпровідникового матеріалу, як показано зліва. Див. Сторінку Junctions & Band Gaps.
Найкраща ефективність кремнієвих елементів у сучасному виробництві становить 24% на рівні комірок та 20% на рівні модулів, як повідомляло SunPower у березні 2012 року. У лабораторії рекорд ефективності використання сонячних елементів проводиться Університетом Нового Південного Уельсу в Сідней, Австралія - 25%.
Існує ряд припущень, пов’язаних з обмеженням SQ, які обмежують його загальну придатність для всіх типів сонячних елементів. Незважаючи на те, що проводяться численні програми з пошуку шляхів подолання межі SQ, він все ще застосовується до 99,9% сонячних елементів на ринку сьогодні. Топ
Критично важливі припущення щодо SQ:
- Один напівпровідниковий матеріал (крім допінг-матеріалів) на сонячну батарею.
- Один p / n перехід на сонячний елемент.
- Сонячне світло не концентроване - джерело "одного сонця".
- Вся енергія перетворюється на тепло від фотонів, що перевищує ширину зазору.
Куди йде 67% втрат енергії?
- 47% сонячної енергії перетворюється на тепло.
- 18% фотонів проходить через сонячний елемент.
- 02% енергії втрачається від локальної рекомбінації новостворених дірок та електронів.
- Теоретично 33% енергії Сонця перетворюється на електрику.
- 100% загальної енергії сонця.
Якщо теоретичне обмеження для кремнієвих клітин становить близько 30%, що відбувається з іншими 6%, які втрачаються від найкращої ефективності виробничих комірок у 24%? Деяке сонячне світло завжди відбивається від поверхні клітини, хоча поверхня, як правило, текстурована і покрита антибліковим покриттям. Крім того, є деякі втрати на стику кремнієвої комірки з електричними контактами, які несуть струм до навантаження. Нарешті, є деякі втрати через виробничі домішки в кремнії. Топ
Які електромагнітні хвилі поглинає сонячна батарея?
Зліва показано повний спектр електромагнітного випромінювання. Довгі радіохвилі праворуч найслабші. Найпотужніші промені (гамма-промені) дуже короткі і вліво.
Щоб напівпровідниковий електрон перемістився у зовнішній ланцюг навантаження, його рівень енергії повинен бути збільшений з нормального рівня валентності (щільно прив’язаного до одного атома) до вищого рівня провідності енергії (вільного для руху). Кількість енергії для підвищення її на більш високий рівень називається енергією "забороненої зони". Див. Сторінку Junctions & Band Gaps.
Тільки фотони, що мають принаймні енергію зазору, можуть звільнити електрони для створення струму. Фотони сонячного світла з енергією менше зазорової зони просто пройдуть через сонячну батарею. В перерахунку на випромінювання, всі фотони у видимому спектрі досить сильні, щоб змусити електрони перестрибнути ширину зазору.
Деякі інфрачервоні, усі мікрохвильові та всі радіохвилі не мають достатньо енергії і проходять прямо через сонячну батарею.
На графіку "Розподіл енергії сонячного світла" зліва лише "гірчичні" кольорові фотони можуть "поглинатися" і створювати електрику в кристалічній кремнієвій клітині. Поглинання електромагнітного випромінювання - це процес, при якому енергія фотона від Сонця перетворюється в інші форми енергії, наприклад, електрику або тепло.
Червоних кольорових хвиль недостатньо енергії, а жовтих занадто багато енергії. Жовті довжини хвиль поглинаються і виробляють електроенергію, але багато їх енергії втрачається. Це тому, що фотони з надлишковою енергією забороненої зони генерують вільний електрон і дірку, але їх додаткова енергія розсіюється у вигляді тепла.
Рентген і гамма-промені мають занадто багато енергії, щоб взагалі поглинатися. Гірчична область - це в основному картина граничного коефіцієнта SQ, застосована до кремнію, як Шоклі та Кейссер розрахували його в 1961 році.
Стратегії перевищення межі SQ:
В основному стратегії досягнення кращої ефективності, ніж прогнозує SQ Limit, полягають у вирішенні одного або декількох критичних припущень, перелічених вище (і показаних знову нижче).
1) Один напівпровідниковий матеріал (крім легуючих матеріалів) на сонячну батарею.
Використовуйте в комірці більше одного напівпровідникового матеріалу.
2) Один P/N перехід на сонячну батарею.
Використовуйте більше одного з'єднання в комірці - "тандемні клітини".
3) Сонячне світло не концентроване - джерело "одного сонця".
Сонячне світло можна сконцентрувати приблизно в 500 разів, використовуючи недорогі лінзи.
4) Вся енергія перетворюється на тепло від фотонів, що перевищує ширину зазору.
Поєднуйте ПВ напівпровідник з технологією, що базується на нагріванні, для отримання обох видів енергії та/або
Використовуйте "квантові точки", щоб зібрати частину надлишкової енергії фотонів для електрики.