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当涉及到充分运用每天可用的阳光时,平板太阳能电池板依然面临着很大的约束。一种新的球形太阳能电池规划旨在从简直每个视点进步太阳能搜集潜力,而不需要贵重的运动部件来盯梢太阳在天空中的显着运动。
据悉,沙特研讨人员规划的球形太阳能电池原型是一个细小的蓝色球体,一个人能够像乒乓球相同轻松地用一只手抓住它。运用太阳模仿器灯进行的室内实验现已标明,与地上面积相同的平板太阳能电池比较,它能够完结15%到100%的功率输出,这取决于布景资料怎么将阳光反射到球形太阳能电池中。该研讨小组希望其天然启示的规划能在未来的国际各地的许多不同地址的实地测验中相同成功。
阿卜杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science and Technology,KAUST)微体系工程博士后研讨员Nazek El-Atab说:“家蝇眼睛的方位和形状增加了它们的视点视界,因而它们能够在水平视界中看到周围大约270度的视点。相似地,球形修建增加了太阳能电池的‘视点视界’,这意味着它能够从更多的方向搜集阳光。”
为了创立球形太阳能电池规划,El Atab和她的搭档们在之前的作业基础上,演示了怎么依据波纹槽技能创立更薄、更灵敏的太阳能电池规划。这项新的作业在一篇提交给MRS Communications杂志检查的论文中作了具体阐明。
运用太阳模仿器灯进行的测验标明,球形太阳能电池在直接露出于阳光下时,比传统的平板太阳能电池供给24%的功率输出。在这两种类型的太阳能电池开端升温并在能效方面遭受一些丢失之后,这种功率优势跃升至39%,这标明球形在散热方面或许具有一些优势。
当球形太阳能电池只能在模仿屋顶下搜集散射的阳光,而不能直接接纳阳光时,球形太阳能电池的输出功率也比平板太阳能电池高出约60%。在铝杯、铝纸、白纸和沙子等不同反射布景下的附加实验标明,六边形铝杯布景有助于球形太阳能电池在功率输出方面优于平板太阳能电池100%。
沙特团队运用现在占国际太阳能发电量近90%的单晶硅太阳能电池制作了球形太阳能电池。这种挑选源于这样一个方针,即协助最大极限地发挥太阳能电池的集光潜力,以及假如规划证明具有本钱效益,则有或许更简单扩展出产规划。
麻省理工学院太阳能工程博士后研讨员Zhe Liu说:“让我感到惊奇的是,作者在一系列文章中证明了运用波纹技能能够完结刚性硅太阳能电池的超柔性。我对制作球形电池的才能更为振奋,这意味着你能够让工业IBC型(interdigitated back contact)硅太阳能电池掩盖任何形状,并在任何当地‘日光化’。”
沙特阿拉伯吉达大学(University of Jeddah)物理学助理教授Rabab Bahabry说,曾经的太阳能电池规划现已制作出细小的微型球形电池,有时在平面上用纳米线或量子点电池制作,以协助更好地搜集直接和散射的阳光。但在搜集布景外表反射的太阳光方面,与微球阵列比较,更大的球形太阳能电池能够供给更高的功率和掩盖率。
要制作出大的球形太阳能电池,研讨人员需要在15%的平板太阳能电池上刻蚀出替换的凹槽,以构成一个中心联接的椭圆形带状图画。CO2激光在掩盖太阳能电池的聚合物硬掩模中发生了适宜的图画,并答应一个深度反应离子刻蚀东西在硅太阳能电池的露出区域发生凹槽。这些凹槽区域的曲折协助研讨人员随后将太阳能电池折叠成球形。
在被蚀刻的区域,太阳能电池资料的损耗下降了全体潜在的太阳能输出。但研讨人员以为,跟着时刻的推移,在国际某些区域,球形太阳能电池比平板太阳能电池的本钱更高,由于球形规划不太简单尘埃积累,或许有助于散热,不然或许会下降太阳能电池的功率。此外,球形太阳能电池不需要额定贵重的移动部件来继续盯梢太阳。
不过,麻省理工学院的Liu教授说,在公用事业规划的太阳能发电厂中,球形太阳能电池或许无法替代传统的太阳能电池技能。在他看来,这种特别的球形太阳能电池规划能够在更多其他商场运用中得到发挥。
“球形规划的运用好像十分有限,但将商业硅太阳能电池制成任何形状的才能,将使光伏广泛运用于自主设备,如物联网(IoT)传感器和自主车辆,”Liu说。“假如咱们能用成型的光伏电池板完全为这些自主设备供电,这或许会改动游戏规则。”
在未来的测验中,Liu说他想看看球形太阳能电池在一天中不同的时刻在室外和室内照明环境中是怎么作业的。他还想看看球形太阳能电池能在多大程度上集成到他们或许供给能量的某些运用中。他很想看到一个“量化本钱”的总结,总结出制作这种球形太阳能电池所需的一切加工过程,以便更好地了解该技能的商业化潜力。
KAUST大学电气和计算机工程教授,也是该研讨的合著者之一的Muhammad Mustafa Hussain表明,沙特的研讨人员在最新的演示中不得不手动折叠并构成球形太阳能电池,但他们现已开端规划和开发运用“机器人手”模仿手动折叠的自动化办法。
终究,Hussain和他的搭档想象制作和测验大型球形太阳能电池阵列。他们现已在研讨相似帐子或雨伞的新形状,看看它们是否有什么优点。他们还将太阳能电池与形状独特的无人机外表整合。
迫使研讨实验室封闭的COVID-19大流行病推迟了沙特研讨小组开端的野外测验方案。但Hussain表明,该安排仍方案在2020年末前推动实地实验。他希望KAUST校友网络能协助加州以及孟加拉国、我国、印度、韩国、德国、西班牙、巴西、哥伦比亚、墨西哥、南非、澳大利亚和新西兰等国终究测验球形太阳能电池。
Hussain说:“咱们将为100平方英尺到1000平方英尺的区域创立球形单元阵列,并将功能性优于本钱效益与传统单元进行比较。下一步,咱们将全年在不同的地理方位布置它,以了解它的功能和可靠性。”
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