Сравнительная характеристика КПД солнечных фотоэлементов

По состоянию на 2011 г. 85% производимых в мире солнечных модулей изготавливается из кристаллического кремния и только 15% – на основе тонких пленок.

Подобная ситуация на рынке гелиоэнергетики вызвана критическим недостатком аморфных фотоэлементов – деградацией (Staebler–Wronski effect (SWE)), эффект которой заключается в стремительном снижении их мощности в первые месяцы эксплуатации, достигающий 30-40%. На этом процесс деградации не останавливается, но протекает уже с меньшими темпами, что тем не менее за 8-9 лет приводит модуль в полную негодность. Кроме того, данные солнечные панели имеют больший размер (на 30-40 %) при существенно меньшей мощности.

Несмотря на это, по оценкам специалистов, тонкопленочная технология очень перспективна, так как модули на основе аморфного кремния имеют более низкую стоимость процесса производства (в пределах 25 %), отличные характеристики преобразования в условиях низкой освещенности, а также меньше подвержены перегреву, из-за которого другие модули теряют 15-20% мощности. Вследствие этого они генерируют на 10% больше энергии в год, чем кристаллические, без учета деградации. Однако на текущий момент солнечные модули данного типа не отвечают одному из наиболее важных критериев - долговечность, что делает их покупку весьма сомнительным вложением средств [15].

В настоящее время на стадии разработки находится принципиально новая технология тонкопленочных модулей, что может значительно способствовать их массовому распространению за счет удешевления и увеличения энергоемкости. Ее идея заключается в создании пленочного композитного материала, в состав которого входят металлические наночастицы, придающие ему свойства фотоэлемента.

Такие солнечные батареи работают на иных принципах, нежели обычные кремниевые фотоэлементы. Это и позволяет добиться почти полной прозрачности панелей, которые можно использовать для покрытия оконных стекол. Конечно, некоторое количество света они будут поглощать в любом случае, чтобы вырабатывать энергию, но затемнение будет практически незаметным для глаза. Покрывать этой пленкой можно и прочие поверхности зданий, причем здесь она может быть и более темной, поглощая и превращая в электроэнергию большее количество солнечного излучения. Принципиально действенность новой технологии уже продемонстрирована. Следующая задача ученых и разработчиков – доработать ее, чтобы достичь эффективности как минимум 20%, которая обеспечит экономическую целесообразность ее использования. Коммерческая версия инновации будет представлена не ранее 2016 года [16].

Наиболее надежной и проверенной временем является технология кристаллического кремния, и хотя данные фотоэлементы также подвержены эффекту деградации, составляющей в среднем 20 % за 20-25 лет, она обеспечивает стабильную и длительную работу солнечного модуля. Почти 100% сетевых солнечных электростанций введенных в эксплуатацию в 2011 году во всем мире, построены на основе именно кристаллических солнечных модулей [15].

В настоящее время во многих исследовательских центрах ведутся работы, направленные на повышение КПД ФЭП за счет создания слоевых (каскадных) структур, обеспечивающих более полное преобразование энергии солнечного излучения во всем его спектре, а также на снижение стоимости полупроводниковых материалов и ФЭП в целом. Ожидается, что в обозримом будущем КПД промышленных ФЭП может быть увеличен до 30—35% (в лабораторных условиях достигнуты рекордные КПД на уровне 40%), а их стоимость в модулях уже в ближайшие годы может стать менее 1 долл./кВт [7].

Необходимо отметить, что стоимость электричества, получаемого от фотоэлектрических систем электроснабжения, проявляет четкие тенденции к снижению. Так если в конце 80-х годов прошлого века, на заре развития отрасли, солнечнее батареи промышленного образца генерировали электричество стоимостью 2 долл. за , то на сегодняшний день этот показатель снизился до отметки в 0,3 долл., а к 2020 году (по мнению Европейской Ассоциации Фотовольтаики (EPIA)) можно рассчитывать на трехкратное снижение стоимости вырабатываемой электроэнергии – для крупных фотоэлектрических энергосистем промышленного назначения, и на двукратное снижение – для бытовых «солнечных» установок [17].

Солнечное холодоснабжение

Преобразование энергии солнечного излучения в холод осуществляется посредством применения пассивных и активных систем, принципиальные конструктивные различия и особенности которых аналогичны соответствующим системам теплоснабжения, представленным ранее. Поэтому перейдем сразу к классификации и рассмотрению систем активного холодоснабжения.

Существуют три основных метода активного охлаждения:

- использование холодильных установок компрессорного типа;

- использование холодильных установок абсорбционных типа;

- охлаждение с использованием испарения.