Κινέζοι, Γερμανοί και Σαουδάραβες ερευνητές έχουν αναπτύξει εύκαμπτες ηλιακές κυψέλες πυριτίου που μπορούν να διπλωθούν σαν χαρτί και να διατηρήσουν το 96,03% της ενεργειακής τους απόδοσης μετατροπής μετά από 20 λεπτά προσομοίωσης έκθεσης στον άνεμο. Κανονικά η απόδοσή τους είναι 24%, αρκετά υψηλή.
Αυτά τα κύτταρα είναι ανθεκτικά στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, χάνοντας μόνο 0,38% απόδοση μετά από ταλάντωση μεταξύ -70°C και 85°C για δύο ώρες. Η ευελιξία επιτεύχθηκε εξομαλύνοντας τις διεπαφές πυροδότησης ρωγμών στις γκοφρέτες πυριτίου, δημιουργώντας ένα μικροσκοπικό δίκτυο προκαθορισμένων ρωγμών που τους επιτρέπει να κάμπτονται. Οι επεξεργασμένες γκοφρέτες έχουν χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλιακών κυψελών ετεροσυνδέσμου με απόδοση μετατροπής ισχύος έως 23,4% και αντιανακλαστική επίστρωση που αυξάνει την απόδοση στο 24,6%. Αυτά τα εύκαμπτα κύτταρα είναι κατάλληλα για φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε κτίρια και αυτοκίνητα, ανοίγοντας το δρόμο για την πρόοδο της τεχνολογίας ηλιακής ενέργειας.
Οι παραδοσιακές ηλιακές κυψέλες με βάση το πυρίτιο, οι οποίες αντιπροσωπεύουν το 95% της αγοράς, είναι από καιρό γνωστές για την αποτελεσματικότητά τους στη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, η εγγενής ακαμψία και ευθραυστότητά τους έχει περιορίσει την εφαρμογή τους σε κυματοειδείς ή εύκαμπτες επιφάνειες. Ως εκ τούτου, τα ηλιακά κύτταρα λεπτής μεμβράνης κατασκευασμένα με υλικά όπως άμορφο πυρίτιο, Cu(In, Ga)Se2, CdTe, οργανικά ή περοβσκίτες έχουν προκύψει ως πιθανές εναλλακτικές λύσεις. Δυστυχώς, αυτές οι εναλλακτικές λύσεις συχνά υποφέρουν από χαμηλή απόδοση μετατροπής ισχύος, χημική αστάθεια και χρήση τοξικών ή σπάνιων στοιχείων.
Η επόμενη ηλιακή επανάσταση: όλα θα είναι ένα φωτοβολταϊκό πάνελ
Καθώς η φωτοβολταϊκή τεχνολογία γίνεται φθηνότερη και ευκολότερη στην ενσωμάτωση, η ηλιακή ενέργεια δεν αποτελεί πλέον πρόσθετο, αλλά δομικό μέρος νέων κτιρίων.
Για να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Wenzhu Liu του Ινστιτούτου Μικροσυστημάτων και Τεχνολογιών Πληροφορικής της Σαγκάης, της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών ξεκίνησε να αναπτύξει ένα ευέλικτο αλλά αποτελεσματικό ηλιακό στοιχείο πυριτίου. Βρήκαν ότι οι γκοφρέτες κρυσταλλικού πυριτίου με υφή τείνουν να ραγίζουν σε συγκεκριμένες διεπαφές αιχμής που σχηματίζονται από στοιχεία σε σχήμα πυραμίδας στις άκρες τους. Χρησιμοποιώντας χημική χάραξη και χάραξη πλάσματος για να εξομαλύνουν αυτές τις διεπαφές που προκαλούν ρωγμές, οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν ένα μικροσκοπικό δίκτυο ρωγμών στις γκοφρέτες, το οποίο στη συνέχεια έγινε ευέλικτο.
Από άκαμπτες γκοφρέτες έως εύκαμπτες ηλιακές κυψέλες
Με τις επεξεργασμένες γκοφρέτες πυριτίου να είναι πλέον εύκαμπτες, η ερευνητική ομάδα προχώρησε στην κατασκευή ηλιακών κυψελών ετερο-ενώνων. Συναρμολογημένα σε μεγάλες εύκαμπτες μονάδες με εμβαδόν άνω των 10.000 cm2, αυτές οι κυψέλες έχουν επιδείξει απόδοση μετατροπής ενέργειας έως και 23,4%. Η εφαρμογή μιας αντιανακλαστικής επίστρωσης με βάση το φθοριούχο μαγνήσιο αύξησε περαιτέρω την απόδοση στο 24,6%.
Αυτά τα εύκαμπτα ηλιακά κύτταρα πυριτίου έχουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών άκαμπτων κυψελών και των ομολόγων τους με λεπτή μεμβράνη. Όχι μόνο διατηρούν υψηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας, αλλά παρουσιάζουν επίσης αντοχή σε κραδασμούς, επαναλαμβανόμενες κάμψεις και ακραίες διακυμάνσεις θερμοκρασίας. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για μεγάλης κλίμακας, ελαφριές, εύκαμπτες ηλιακές μονάδες που μπορούν να ενσωματωθούν σε κτίρια και οχήματα.
Πιθανές εφαρμογές και μελλοντικές εξελίξεις
Τα εύκαμπτα ηλιακά κύτταρα πυριτίου ανοίγουν νέες δυνατότητες για τη χρήση της ηλιακής ενέργειας. Τα ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά κτιρίων (BIPV) μπορούν να επωφεληθούν από αυτά τα εύκαμπτα κύτταρα, καθώς μπορούν να εγκατασταθούν σε καμπύλες επιφάνειες ή να ενσωματωθούν σε δομικά υλικά, όπως παράθυρα ή προσόψεις, αλλά και τέντες, ομπρέλες και προσωρινές στέγες. Τα φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε αυτοκίνητα (CIPV) μπορούν επίσης να επωφεληθούν από αυτές τις κυψέλες, επιτρέποντας στα οχήματα να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από το ηλιακό φως και μειώνοντας την εξάρτησή τους από ορυκτά καύσιμα. Θα πάμε από φωτοβολταϊκά περιορισμένα σε συγκεκριμένες επιφάνειες στα φωτοβολταϊκά παντού, και χωρίς περαιτέρω κατάληψη της γης.
Χάρη στο κανάλι μας στο Telegram, μπορείτε να ενημερώνεστε για τη δημοσίευση νέων άρθρων από τα Οικονομικά Σενάρια.
Το άρθρο Πτυσσόμενοι ηλιακοί συλλέκτες: η λύση που κάνει οποιαδήποτε επιφάνεια φωτοβολταϊκή προέρχεται από την Scenari Economici .
Αυτή είναι μια αυτόματη μετάφραση μιας ανάρτησης που δημοσιεύτηκε στο Scenari Economici στη διεύθυνση URL https://scenarieconomici.it/pannelli-solari-pieghevoli-la-soluzione-che-rende-fotovoltaica-qualsiasi-superficie/ στις Fri, 23 Jun 2023 15:22:15 +0000.