11.01.2018
Исследователи из Массачусетского технологического института теперь могут предсказать, сколько энергии будут производить солнечные батареи, размещенные в любом месте земного шара. Удивительно, но они обнаружили, что два типа солнечных элементов (из кремния и теллурида кадмия) могут варьироваться в зависимости от мощности, на 5% и более, в тропических регионах, где расположены многие новые рынки солнечных батарей.
Этот разрыв возникает из-за того, что солнечная энергия может изменяться в зависимости от температуры воздуха, в конкретном регионе, и наличия воды в атмосфере. Работа ученых, опубликованная 13 декабря в журнале Joule, превратилась фактически в инструмент с открытым исходным кодом. Она доказывает, что солнечные элементы могут вести себя по-разному, в зависимости от климата.
«Мы исследовали сочетание двух факторов, местоположения и технологий, чтобы разработать структуру для прогнозирования производительности солнечных батарей», - говорит старший автор исследования Тонио Буонассиси, доцент Массачусетского технологического института.
Чтобы продемонстрировать, как работает их система, исследователи объединили реальные данные с солнечных элементов, расположенных в Соединенных Штатах (Перрисбург, Огайо) и Сингапуре, со спутниковыми метеорологическими данными за один год. Это помогло понять, где солнечные элементы будут работать продуктивнее. С помощью этих данных были проанализированы два материала солнечных элементов: кремний (обычно используется в солнечных батареях) и теллурид кадмия (материал их тонкопленочных конкурентов).
Исследователи обнаружили, что солнечные элементы теллурида кадмия произвели на 5% больше энергии, чем кремниевые, в жарком, влажном сингапурском месте. Аналогичных показателей можно ожидать и для других материалов с более высокой электронной зонной щелью, таких, как арсенид галлия или перовскиты металл галогенидов.
«Инструменты, которые используют разработчики для прогнозирования производительности солнечных панелей и планирования солнечных систем, часто бывают дорогими и неточными. Они неточны, потому что были разработаны для умеренного климата, такого как Соединенные Штаты, Европа и Япония» - говорит первый автор исследования, Ян Мариус Петерс, научный сотрудник исследовательской лаборатории MIT Photovoltaics Research.
Заинтересованные пользователи смогут загрузить онлайн-инструмент, разработанный исследователями, а затем получить на основании собственных данных о местоположении информацию о производительности, для разных типов солнечных элементов.
Это даст пользователям возможность точно определить, где именно их солнечные системы будет работать лучше всего, и какой тип солнечной батареи они должны использовать. Такой подход можно назвать принципиально иным, он кардинально отличается от того, где солнечные фотоэлементы описываются лишь с точки зрения производительности, в лабораторных условиях, а не в конкретной среде.
«В результате вы должны решить, какой тип солнечной батареи вам целесообразно применять, исходя из типа климата в вашем районе. Есть ли у вас причины использовать кремний, и есть ли основания применять другие технологии, такие как теллурид кадмия. Климатические условия могут стать одним из самых важных факторов, для будущих исследований», - говорит Петерс.