Мультиступеневий сонячний концепт націлений на підвищення ефективності в усіх спектрах
Багатоступінчаста сонячна концепція орієнтована на підвищення ефективності всього спектра
Чи знаєте ви, що із зростанням попиту на відновлювану енергетику інженери по всьому світу намагаються максимально ефективно зібрати повний сонячний спектр? Це завдання вимагає використання різних технологій перетворення в єдиній системі. Проблема полягає в тому, що фотовольтаїчні (ФВ) елементи працюють найкраще при відносно низьких температурах, тоді як фототермальні та термофотовольтаїчні системи потребують високих температур, створюючи термічний конфлікт, що обмежував розвиток гібридних сонячних рішень. Проте дослідники з State Key Laboratory of Clean Energy Utilization при Zhejiang University запропонували багатоступінчастий підхід із концентрацією та розділенням спектру, щоб подолати цю складність.
Інноваційна архітектура
Головною інновацією цієї концепції є багатоступінчаста архітектура, яка розподіляє температурні та концентраційні вимоги між фотовольтаїчними і термофотовольтаїчними модулями. У традиційних системах розділення спектру всі компоненти зазвичай мають однакове сонячне концентрування, що змушує дизайнерів йти на компроміс між охолодженням ФВ-комірок та забезпеченням достатньої температури для термофотовольтаїчної роботи. Цей підхід вирішує цю проблему за допомогою вдосконалених фільтрів розділення спектра, таких як інтерференційні тонкі плівки SiO2/TiO2, що розділяють різні частини сонячного спектру перед тим, як вони досягнуть кожного етапу перетворення.
Високоенергетичні фотони безпосередньо направляються до ФВ-комірок під меншими концентраційними коефіцієнтами для збереження електричної ефективності перетворення, тоді як низькоенергетичні фотони з залишків спектру використовуються у фототермальному шляху для генерації високоякісної теплової енергії для термофотовольтаїчного перетворення.
Максимізація ефективності
Дослідники розробили багатоступінчасті термофізичні моделі, базуючись на термодинамічному аналізі, взяли до уваги Шоклі-Квейссеровську структуру з врахуванням зовнішньої квантової ефективності для різних комбінацій комірок. Ці моделі дозволяють оцінювати показники продуктивності від ідеалізованих меж до реалістичного режиму роботи, враховуючи вибір ширини заборонених зон і температурні коефіцієнти.
За допомогою цього підходу команда оптимізувала одноступінчасту систему розділення спектру ФВ-термофотовольтаїчну як базову лінію і потім досліджувала, як багатоступінчасте з’єднання спектра змінює продуктивність системи. Вони з’ясували, що низькозонні комірки з вищими температурними коефіцієнтами можуть дати кращі результати при нижчих концентраційних показниках у порівнянні
