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雙面串聯(lián)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦和硅技術(shù)的最佳組合

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:385次  |  2023年07月13日  

為了提高太陽(yáng)能電池板的性能,由阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)(KAUST)和英國(guó)理工大學(xué)(UofTEngineering)的研究人員組成的一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目創(chuàng)造了一種雙面串聯(lián)太陽(yáng)能電池,該電池采用了鈣鈦礦和硅技術(shù)的最佳組合。


在野外,光主要直接來(lái)自太陽(yáng)。與傳統(tǒng)的純硅太陽(yáng)能電池相比,傳統(tǒng)的串聯(lián)太陽(yáng)能電池通過(guò)吸收額外波長(zhǎng)的光,已經(jīng)可以更有效地將這種光轉(zhuǎn)化為電能。


現(xiàn)在,研究人員已經(jīng)意識(shí)到,使用雙面串聯(lián)結(jié)構(gòu)可以收集更多的能量。被稱為“反照率”的地面反射和散射的光也可以被收集起來(lái),從而顯著增加串聯(lián)太陽(yáng)能電池的電流。


這項(xiàng)研究發(fā)表在今天的《自然能源》雜志上,它準(zhǔn)確地描述了研究小組如何設(shè)計(jì)鈣鈦礦/硅器件,使其超過(guò)目前公認(rèn)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的性能極限。


“通過(guò)利用反照率,我們現(xiàn)在可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀更高的電流,而不增加任何制造成本,”這項(xiàng)研究的聯(lián)合首席作者M(jìn)icheleDeBastiani博士說(shuō)。這項(xiàng)研究的作者包括大學(xué)教授特德·薩金特(tedsargent)和歐洲經(jīng)委會(huì)博士后易厚(yihou)。

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在過(guò)去,人們已經(jīng)研究過(guò)捕捉間接陽(yáng)光的可能性,但沒(méi)有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。除了理工大學(xué)外,KAUST的研究人員還與卡爾斯魯厄理工學(xué)院和博洛尼亞大學(xué)的合作者合作,以解決將間接陽(yáng)光納入其模塊能量收集能力所需的科學(xué)和工程挑戰(zhàn)。


有了這方面的知識(shí),他們?cè)谑彝鈼l件下測(cè)試了這種雙面串聯(lián)太陽(yáng)能電池,其效率超過(guò)了任何商業(yè)硅太陽(yáng)能電池板。


“雙面純硅太陽(yáng)能電池在光伏市場(chǎng)的份額迅速增加,因?yàn)樗鼈兛梢詭?lái)20%的相對(duì)性能增益。在鈣鈦礦/硅串聯(lián)體中利用這一概念現(xiàn)在為以可承受的成本進(jìn)行超高發(fā)電提供了機(jī)會(huì),”StefaanDeWolf教授(KAUST)總結(jié)道。


追蹤太陽(yáng)的雙面太陽(yáng)能電池板可產(chǎn)生35%的能量


迄今為止,跟蹤太陽(yáng)的太陽(yáng)能電池板和雙面太陽(yáng)能電池板陣列的概念都已經(jīng)獨(dú)立存在,但是研究人員首次探討了將它們組合起來(lái)的好處。

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由新加坡太陽(yáng)能研究所(CarlosRodríguez-Gallegos)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn),兩側(cè)帶有光伏電池的面板也可以傾斜以跟隨太陽(yáng),這將產(chǎn)生35%的能量,并將平均電費(fèi)降低16%百分。


目前,世界各地的太陽(yáng)能電池板主要以固定的方向安裝,并且僅從一側(cè)捕獲光。這意味著它們?nèi)Q于太陽(yáng)在天空中的位置,并且只能將吸收的光的約22%轉(zhuǎn)換為能量。


在一項(xiàng)新的研究發(fā)表在雜志焦耳,羅德里格斯·加列戈斯和他的團(tuán)隊(duì)建議使用一倍側(cè)光伏板也能跟蹤太陽(yáng),以進(jìn)一步提高他們的工作效率。


Rodríguez-Gallegos在一份聲明中說(shuō),任何一塊太陽(yáng)能電池板的目標(biāo)都是從太陽(yáng)吸收盡可能多的能量。使用雙面太陽(yáng)能電池板的優(yōu)勢(shì)在于,它們還可以吸收被地面反射到其背面的能量。


除了固定的傾斜度之外,還存在兩種可以跟蹤太陽(yáng)的太陽(yáng)能電池板:?jiǎn)屋S跟蹤器在一天的過(guò)程中跟隨太陽(yáng),通常從東向西傾斜,而雙軸跟蹤器不僅從太陽(yáng)傾斜。從東到西,但一年中也要旋轉(zhuǎn)360°以跟隨太陽(yáng),因?yàn)橄奶斓奶?yáng)高度較高,冬天的太陽(yáng)高度較低。


盡管目前在太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域取得了許多開(kāi)拓性的突破,但這項(xiàng)創(chuàng)新非常簡(jiǎn)單。該團(tuán)隊(duì)分析了由不同太陽(yáng)能電池板配置產(chǎn)生的能量,以及來(lái)自NASA的云和地球輻射能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及來(lái)自三個(gè)不同機(jī)構(gòu)的全球日照模式的野外數(shù)據(jù)。他們發(fā)現(xiàn),與單軸跟蹤器結(jié)合使用時(shí),雙面面板(有時(shí)稱為雙面模塊)將產(chǎn)生35%的能量,而與雙軸跟蹤器結(jié)合時(shí)將產(chǎn)生40%的能量。


兩側(cè)的面板不僅可以捕捉陽(yáng)光,還可以捕捉從地面反射到下方的光線。全球定位系統(tǒng)將同時(shí)允許它們?cè)谳S上傾斜,始終指向最佳角度以捕獲太陽(yáng)光線。


根據(jù)新論文,“跟蹤設(shè)置通過(guò)在一天的過(guò)程中移動(dòng)PV模塊來(lái)增加能量產(chǎn)生,因此它始終面向太陽(yáng)。雙面組件使用特殊的太陽(yáng)能電池和透明蓋來(lái)收集光線,不僅從正面而且從背面?!?/p>


盡管目前雙面太陽(yáng)能電池板和跟蹤板都可用于商業(yè)用途,但結(jié)合了這兩種功能的型號(hào)卻沒(méi)有。例如,JPMorganChase已在其俄亥俄州哥倫布的工廠完成了2.8兆瓦屋頂雙面太陽(yáng)能電池板的安裝,可提供該站點(diǎn)18%的用電量。


然而,隨著越來(lái)越多的商業(yè)企業(yè)和房主致力于使用面板,太陽(yáng)能市場(chǎng)正在增長(zhǎng)。而且隨著氣候變化繼續(xù)使地球變暖以及我們對(duì)化石燃料的依賴逐步吸取教訓(xùn),這種情況只會(huì)增加。這項(xiàng)新研究證實(shí),它們的廣泛使用最終將具有顯著的經(jīng)濟(jì)和能源優(yōu)勢(shì)。


Rodríguez-Gallegos說(shuō):“這意味著在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)投資雙向和跟蹤系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)安全的選擇?!?/p>


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