Кпд солнечных батарей

Солнечная энергетика становится все более популярной в последние годы. И первый вопрос, который задают новички в этой области, состоит в степени эффективности, с которой солнечные батареи могут преобразовывать солнечный свет в электричество. Оценить эффективность можно узнав КПД солнечных батарей. Однако опираться только на одно паспортное значение КПД не стоит. Необходимо учитывать, что значение этого параметра зависит не только от типа материала солнечной батареи, но и от условий эксплуатации.

Теория вопроса

С теоретической точки зрения в рамках современных знаний в области физики ученые доказали что максимальный КПД солнечного элемента не может превышать 50%. Другими словами только 50 процентов энергии солнечного потока можно преобразовать в электричество с использованием солнечных батарей.

Экспериментальные лабораторные образцы солнечных батарей, существующие в настоящий момент, уже обеспечивают преобразование энергии с КПД равным 44,7 %. Именно такого значения удалось добиться в сентябре 2014 года ученым из Германии.

У каких материалов КПД больше?

Для начала напомним, что сейчас существуют, как минимум, четыре различные группы материалов, на базе которых можно создавать фотоэлектрические ячейки:

  • На базе кристаллов кремния;
  • С применением тонкопленочных технологий;
  • С использованием полупроводников с одним или несколькими переходами;
  • Инновационные экспериментальные технологии (в рамках этой группы изучаются фотоэлектрических свойства различных некристаллических материалов).

Для солнечных батарей на базе кристаллического кремния максимальный КПД, достигнутый на экспериментальном лабораторном образце, равняется 27,6 %. Большинство реальных образцов солнечных батарей могут работать с КПД в пределах от 21,2 до 25,6 процентов.

Максимальный достигнутый в настоящий момент КПД для фотоэлементов, полученных на базе тонкопленочных технологий равняется 23,3 %. Большинство реальных образцов подобных фотоэлементов работают с КПД в пределах от 13 до 20,8 %.

Создание фотоэлементов на базе полупроводников с одним или несколькими переходами является одним из самых перспективных направлений в части повышения КПД. Именно этим солнечным элементам принадлежит абсолютный рекорд в 44,7 %. Большинство из них работает с КПД в пределах от 26,4 до 38,8 процентов.

КПД солнечных элементов разрабатываемых в рамках инновационных проектов невелик. Рекордное значение для этого типа элементов составляет 17,9%. Большинство образцов работают с КПД от 8,6 до 11,9 процентов. Однако именно эти образцы в настоящий момент показывают самую высокую динамику роста КПД. По этой причине данное направление считается одним из самых перспективных для солнечной энергетики.

Какие внешние факторы влияют на КПД солнечных батарей?

Эксплуатация солнечных батарей в реальных условиях показывает, что их КПД очень сильно зависит от внешних факторов. Так нагрев солнечной батареи приводит к падению КПД в среднем на 0,5% при нагреве на 1 градус Цельсия.

Мощность светового потока так же сказывается на КПД. Однако сейчас разработаны опытные образцы солнечных батарей, которые способных преобразовывать более широкий диапазон солнечного излучения, за счет чего их КПД более стабилен.

Сказывается на величине КПД и время эксплуатации солнечных батарей. В среднем за каждый год эксплуатации КПД может упасть на 0,8%. При этом в первые годы динамика падения может быть значительно выше и достигать 2%.