გერმანელმა ინჟინრებმა შექმნეს მზის პანელების ახალი თაობა: კონცენტრირებული მზის ენერგია 36%-იან ეფექტურობას აღწევს და წარმოების ხარჯებს ამცირებს.
მზის ენერგია სუფთა ენერგიის წყაროებზე გლობალური გადასვლის ძირითად სფეროდ ითვლება. თუმცა, ის კვლავ მრავალი გამოწვევის წინაშე დგას: შეზღუდული ეფექტურობა, მოწინავე ტექნოლოგიების მაღალი ღირებულება და აღჭურვილობის ცვეთა ხანგრძლივი ექსპლუატაციის დროს.
ამ ფონზე, გამოირჩევა ფრაიბურგში მდებარე მზის სისტემების ენერგეტიკის ინსტიტუტის Fraunhofer ISE-ს, მეცნიერების მიერ შემუშავებული პროექტი. მკვლევარებმა გამოიყენეს მზის სინათლის კონცენტრირების პრინციპი, რომელიც ცნობილია გამადიდებელი შუშის გამოყენებით, მზის პანელების ახალი თაობის შესაქმნელად.
მიკრო-CPV ტექნოლოგიამ გაზარდა სინათლის ელექტროენერგიად გარდაქმნის ეფექტურობა რეკორდულ 36%-მდე, სიმარტივისა და ხელმისაწვდომობის შენარჩუნებით.
კონცენტრირებული მზის ენერგია და მისი პოტენციალი
მზის სინათლის მცირე ზომის მზის უჯრედებზე ფოკუსირების იდეა ახალი არ არის და ფოტოელექტრულ ტექნოლოგიებში ათწლეულების განმავლობაში იყო ცნობილი. ასეთ სისტემებს კონცენტრირებულ ფოტოელექტრულ პანელებს (CPV) უწოდებენ. ისინი იყენებენ სპეციალურ ლინზებს ან სარკეებს მზის სინათლის მაღალეფექტური მრავალშრიანი უჯრედების მცირე ფართობზე გადასამისამართებლად. ეს საშუალებას იძლევა შემცირდეს ძვირადღირებული ნახევარგამტარული მასალის რაოდენობა მაღალი სიმძლავრის შენარჩუნებისას. თუმცა, ბოლო დრომდე, ასეთი ტექნოლოგიები ნიშური რჩებოდა: დიზაინი რთული იყო, ლინზები დროთა განმავლობაში კარგავდნენ გამჭვირვალობას და თავად პანელებს ხშირად სჭირდებოდათ აქტიური გაგრილება, რაც ზრდიდა ხარჯებს და ამცირებდა საიმედოობას.
ფრაუნჰოფერის (Fraunhofer ISE) მიკრო-CPV-ის მუშაობის პრინციპი
Fraunhofer ISE-ის შემუშავება მიკროკონცენტრატორებს ეფუძნება. პანელი, რომლის ფართობი 200 კვადრატულ სანტიმეტრზე ოდნავ მეტი იყო, 10-6 ზე უჯრედის მასივისგან შედგებოდა. თითოეული მიკროუჯრედის ფართობი მილიმეტრზე ნაკლები იყო და მზის სინათლე ფოკუსირებული იყო სილიციუმი-მინაზე ტექნოლოგიით დამზადებული ლინზების გამოყენებით.
ძველი დიზაინისგან განსხვავებით, ამ შემთხვევაში გამოყენებული იყო მინის სუბსტრატები, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფების წარმოებაში. ამ გადაწყვეტამ შესაძლებელი გახადა სისტემის მასობრივი აწყობისთვის სტანდარტულ აღჭურვილობასთან ადაპტირება, რაც მნიშვნელოვნად შეამცირებდა ხარჯებს.
ამრიგად, ინოვაცია აერთიანებს ორ მთავარ უპირატესობას: ძვირადღირებული მასალის მინიმალური რაოდენობის გამოყენებას და წარმოების სიმარტივეს.
სპეციფიკაციები და ტესტების შედეგები
ტესტები ჩატარდა ღია ცის ქვეშ, სადაც პანელი დამონტაჟებული იყო ორღერძიან სათვალთვალო მექანიზმზე. თვალთვალი საშუალებას აძლევს ლინზებს ზუსტად შეინარჩუნონ მზის მიმართ ორიენტაცია და უზრუნველყოფენ პირდაპირი სინათლის მუდმივ კონცენტრაცია. შედეგები შთამბეჭდავი იყო: პანელის ეფექტურობამ სტანდარტული გაზომვის პირობებში 36%-ს მიაღწია, ეს მნიშვნელოვნად მაღალია ტრადიციული სილიკონის პანელების საშუალო ეფექტურობასთან შედარებით, რომელიც 19%-დან 24%-მდე მერყეობს. გარდა ამისა, პანელმა პრაქტიკულად არ აჩვენა მუშაობის დანაკარგი ერთი წლის განმავლობაში.
ახალი ტექნოლოგიის უპირატესობები
Fraunhofer-ის მიკრო-CPV-ის მთავარი უპირატესობა მაღალი ეფექტურობისა და დაბალი ღირებულების კომბინაციაა. პანელს ტრადიციულ მზის უჯრედებთან შედარებით ბევრად ნაკლები ნახევარგამტარული მასალა სჭირდება. აქტიური გაგრილების სისტემებიც აღმოიფხვრება, რადგან მინის ბაზა ეფექტურად ანაწილებს სითბოს. ამ პანელების წარმოება შესაძლებელია სტანდარტული ავტომატიზირებული აწყობის ხაზების გამოყენებით, რაც გზას უხსნის მასობრივ წარმოებას.
კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორია სტაბილურობა: ადრინდელი CPV პროტოტიპებისგან განსხვავებით, სადაც ლინზები დროთა განმავლობაში იბუნდებოდა ან ფერს იცვლიდა, ახალი ტექნოლოგია გარე გავლენის მიმართ მდგრადობას ავლენს. ეს ნიშნავს, რომ გარე პირობებშიც კი, ამ პანელების მომსახურების ვადა შეიძლება შევადაროთ თანამედროვე სილიკონის ანალოგებს, ენერგიის გამომუშავება კი მაღალია.
ანალიზი და შედარება ანალოგებთან
ტრადიციულ მზის პანელებთან შედარებით, მიკრო-CPV აჩვენებს ეფექტურობის 50%-ზე მეტ ზრდას. გარდა ამისა, ნახევარგამტარული მასალების გამოყენების შემცირებით მცირდება ღირებულება, ხოლო მასობრივი წარმოების პოტენციალი სისტემას კონკურენტუნარიანს ხდის დანერგვის ადრეულ ეტაპებზეც კი. ტრადიციულ CPV ტექნოლოგიებთან შედარებით, გერმანული გამოგონება გამოირჩევა ძვირადღირებული გაგრილების არარსებობით და მისი ოპტიკური ელემენტების საიმედოობით.
ენერგეტიკული ბაზრის პერსპექტივიდან, Fraunhofer-ის მიკრო-CPV შეიძლება იყოს კომპრომისული გადაწყვეტა სტანდარტულ სილიკონის მოდულებსა და ძვირადღირებულ მრავალშრიან უჯრედებს შორის, რომლებიც ამჟამად ძირითადად კოსმოსურ პროექტებში გამოიყენება.
წყარო: building-tech.org
