19 anni di attenzione agli OEM& ODM di regolatori di carica solare e sistemi di energia solare off-grid
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19 anni di attenzione agli OEM& ODM di regolatori di carica solare e sistemi di energia solare off-grid
Recentemente, il National Renewable Energy Laboratory (NREL) negli Stati Uniti ha sviluppato le celle solari più efficienti al mondo, con un'efficienza di conversione energetica massima del 47,1%. Sebbene questi record di efficienza siano spesso battuti, la cella solare con efficienza di conversione del 47,1% può attualmente essere definita la cella solare più efficiente al mondo. Gli ultimi risultati della ricerca sono stati pubblicati su Nature Energy il 13 aprile.
Le celle solari continuano a fare progressi sulla strada per migliorare la loro efficienza di conversione e la corretta combinazione di materiali può migliorare la capacità delle celle solari di convertire la luce solare in elettricità. John Geisz, lo scienziato capo del team di celle fotovoltaiche a cristallo ad alta efficienza del NREL, ha dichiarato: "Questo nuovo dispositivo dimostra l'enorme potenziale delle celle solari multi-giunzione".
Le celle solari multigiunzione sono un tipo di celle solari ad alta efficienza. Ogni cella ha più film sottili realizzati mediante epitassia di fasci molecolari o deposizione di vapori chimici di metalli organici, e questi diversi semiconduttori con band gap caratteristici diversi possono assorbire energia da specifiche frequenze di onde elettromagnetiche nello spettro.
Finora, la ricerca ha dimostrato che il silicio è il gold standard per l'efficienza delle celle solari e l'efficienza delle celle solari a giunzione singola che utilizzano solo silicio ha attualmente la massima efficienza del 33%. Il limite di efficienza del 33% può essere superato cambiando i materiali, aggiungendo più punti nodali e implementando una serie di tecnologie ingegneristiche tra i due nodi. Ad esempio, l'efficienza di conversione di alcune celle solari a tre giunzioni può superare il 45% sotto la concentrazione della luce solare.
La nuova cella solare sviluppata da NREL è una struttura a sei giunzioni di tipo III-V, dove "III-V" si riferisce alla posizione dell'elemento di assorbimento della luce sulla tavola periodica, e i materiali III-V hanno un'ampia gamma di assorbimento della luce caratteristiche. Ciascuno dei sei punti di connessione nella cella è stato progettato in modo specifico e sono composti da sei diversi tipi di strati fotoattivi in grado di catturare la luce da parti specifiche dello spettro solare.
Attraverso l'ingegneria moderna e la nanotecnologia, il dispositivo contiene circa 140 strati di diversi strati di materiale III-V in totale per supportare le prestazioni di questi punti di connessione, ma la sua larghezza è solo un terzo di un capello umano.
Per esplorare le prestazioni di questa cella solare a sei giunzioni di tipo III-V, gli scienziati NERL l'hanno testata con luce concentrata, che era 143 volte maggiore dell'intensità della luce solare naturale. I risultati del test hanno mostrato che la loro nuova cella solare aveva un'efficienza di conversione da record del 47,1% sotto luce concentrata.
Sebbene il test sia stato condotto sotto luce concentrata, che corrisponde a un'efficienza inferiore a quella che potrebbe essere effettivamente raggiunta nell'uso pratico, il team ha affermato che un dispositivo che concentra la luce solare sulla cella può essere costruito utilizzando dei riflettori. Il team ha anche testato questo nuovo tipo di cella con una normale esposizione alla luce solare e la sua efficienza di conversione ha comunque raggiunto il 39,2%. Sebbene l'efficienza di conversione del 39,2% possa sembrare non eccezionale, ha comunque stabilito un nuovo record mondiale per l'efficienza di conversione sotto l'esposizione alla luce solare.
Per superare il limite di efficienza del 50%, l'ostacolo principale è ridurre la resistenza interna che ostacola il flusso di corrente nella cella solare, secondo John Geisz di NREL.
Il significato di questa ricerca è che la differenza nell'efficienza di conversione nella luce solare normale e nella luce concentrata indica la possibile esistenza di un modo economico per dispiegare queste celle solari di tipo III-V a sei giunzioni. Utilizzando specchi che concentrano la luce sulle nuove celle solari, che sono relativamente a basso costo, è possibile ridurre notevolmente il costo di utilizzo di questa tecnologia. Con la concentrazione, verranno utilizzati meno semiconduttori. Allo stesso tempo, la concentrazione della luce solare può anche migliorare l'efficienza della cella.
Secondo Ryan France, uno dei co-sviluppatori della cella multi-giunzione e scienziato presso NREL, è altamente possibile superare il potenziale di efficienza delle celle solari oltre il 50%. Infatti, per ottenere lo stesso effetto alla fine potrebbe essere necessario solo l'ordine di grandezza dei materiali semiconduttori originali o addirittura 1/1000 rispetto ai materiali utilizzati nella ricerca NREL. Ciò renderebbe la generazione di energia solare più accessibile a tutti.
Inoltre, questa svolta nella tecnologia delle celle solari potrebbe anche avere un impatto positivo su altri settori, come quello aerospaziale, dove le celle solari ad alta efficienza potrebbero essere utilizzate per alimentare i veicoli spaziali.
Nel complesso, lo sviluppo delle celle solari più efficienti al mondo da parte del NREL è un significativo passo avanti nel settore delle energie rinnovabili. Con il potenziale per superare il limite di efficienza del 50%, il futuro dell'energia solare sembra più luminoso che mai.
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