Výzkumný tým z Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) v Jižní Koreji řeší využití solární fotovoltaiky v neideálních podmínkách. A to pomocí nového nástroje pro optimalizaci pro městské a vnitřní fotovoltaické difuzní světlo a podmínky částečného zastínění. Tým také vyvinul trojrozměrné solární moduly s lehkým designem bez skla. Ty se vyznačují samosledováním, které údajně produkuje o 60 % více energie ve srovnání s konvenčními plochými moduly.
Výzkumný tým z Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) řeší využití trojrozměrné FV v neideálních podmínkách vývojem nástroje pro optimalizaci pro městské a vnitřní FV difuzní světlo a podmínky částečného zastínění. A to jako alternativu k nástrojům založeným na světelných podmínkách ve standardním testování.
Seungil Cha, vedoucí výzkumu KERI, řekl, že tým se ptal, zda konvenční trojrozměrné fotovoltaické moduly optimalizované pro podmínky v užitkovém měřítku mohou řešit rozptýlené světlo v typickém obytném a městském prostředí. „Pokus odpovědět na tuto otázku se stal motivací naší studie,“ řekl Cha s odkazem na nejnovější výzkum skupiny. Ten vyústil v nový semianalytický nástroj pro optimalizaci návrhu vnitřních a městských venkovních fotovoltaických zařízení. A to na základě analýzy rozptýleného světla a analýzy. Který řeší lepší porozumění účinkům úhlu dopadu (AOI).
Spektrum dopadajícího světla v městském prostředí
Bylo překvapivé vidět, jak moc se světelné podmínky pro provoz FV v městském prostředí liší od rostlin ve venkovských podmínkách. A nebo takzvaných standardních testovacích podmínkách (STC), podle Cha.
Dalším překvapivým aspektem byla „jednoduchost“ řešení, které zahrnuje vývoj nového, trojrozměrného designu fotovoltaického modulu. Ten nejen spojuje řezané solární články mezi sebou, ale také s pružným polymerovým lešením, které má voštinový tvar. Jedná se o lehký design bez skla, který se vyznačuje samosledováním. To taky údajně produkuje o 60 % více energie ve srovnání s běžnými plochými moduly.
Nejnovější výzkum týmu v tomto směru je nástrojem. Ten „předpovídá hustotu proudu na základě spektra dopadajícího světla,“ externí kvantové účinnosti (EQE) solárního článku podle AOI a informací o okolí.
Nový vývoj trojrozměrného designu fotovoltaického modulu
Podrobně se to popsalo v části „Elektrická energie ze stínů a uvnitř: solární články v podmínkách rozptýleného světla.“ Ta se publikovala v Sustainable Energy Fuels. Jednalo se o spolupráci mezi KERI a Jihokorejskou univerzitou vědy a technologie.
,,Pomocí fyzikálního modelu a za předpokladu, že difuzní světlo lze považovat za součet normálních distribučních funkcí, ukazujeme, že každá z nich představuje rozptýlený zdroj světla rozptylem nebo odrazem,“ uvedl výzkumný tým.
Zkonstruovaný trojrozměrný model se aplikoval na fotovoltaiku nasazenou v městském prostředí a vnitřních aplikacích. Pro městské prostředí umožňuje výpočty, které zohledňují odrazy od okolních objektů a rozptyl světla prachem nebo jinými velkými molekulami v atmosféře. Rovněž „zavádí možnost zvýšení energetického výnosu prostřednictvím přístupů od řízení na úrovni článků. A to až po manipulaci se směrem solárních modulů“ ve stínovaných oblastech.
Pro vnitřní aplikace umožňuje studium řady osvětlovacích soustav, typů svítidel a umístění pro odvození optimálních podmínek. „Výsledky navíc naznačují, že ve vnitřních modulech jsou možné ztráty světla v nesouladu v důsledku geometrie modulu solárních článků a osvětlení,“ uvedl tým.
Optimalizace návrhu vnitřních solárních článků
Vědci dospěli k závěru, že tento nástroj se může použít pro optimalizaci návrhu vnitřních solárních článků, a uvedli: „Navzdory některým omezením. Ta zahrnují použití dvourozměrného modelu, omezený počet prezentovaných příkladů a možné přílišné zjednodušení. Navrhovaný model tak může poskytnout užitečný analytický protokol pro navrhování fotovoltaiky vhodné pro použití v praktických místech, kde je na rozdíl od STC hojné rozptýlené světlo,“ uvedl.
Pokračující výzkum skupiny FV s vysokou tolerancí částečného zastínění světla a vysokým napětím se zdokumentoval v několika posledních pracích. Například jeho článek „Maloplošný vysokonapěťový fotovoltaický modul pro vysokou toleranci vůči částečnému zastínění.“ Ten se publikoval v iScience. Další článek, „Automatické tvarově transformovatelné mozaikové krystalické Si solární články s vlastním solárním sledováním využívající in-situ ovládání ze slitiny s tvarovou pamětí.“ Ten se publikoval ve vědeckých zprávách.
Mezi další články patří „Origami-skládací mozaikový solární článek Crystalline-Si s roztažitelnými spoji na bázi kovové textilie,“ v materiálu Solar Energy Materials and Solar Cells a „Reliable Lego®-style sestavený roztažitelný fotovoltaický modul pro 3-rozměrné zakřivené povrchové aplikace,” publikované v Applied Energy.
Cha řekl, že skupina provádí další výzkum ve třech souvisejících oblastech. Vyvíjí „integrovanou modulovou strukturu, která má účinné chlazení“. Vyvíjí nové modulové struktury, které lze aplikovat na FV integrované ve vozidle (VIPV). A třetí oblastí je vnitřní FV. Tým již má sestavu provozních senzorů se senzorem, nízkoenergetickým modulem Bluetooth napájeným vnitřním fotovoltaickým modulem a bezbateriovým okrajovým zařízením.
Budoucí komercializace
Cha vidí, že technologie v laboratoři budou v nadcházejících letech komercializovány. Přičemž uvádí, že laboratorní návrhy jsou podobné „koncepčnímu vozu“, který předchází komerčním verzím. Základní koncepty trojrozměrného modulu a principy návrhu, jako je koncept mozaikových fotovoltaických panelů nebo koncepty vysokonapěťových malých oblastí, mohou nakonec být zahrnuty do příští generace komerčně vyráběných integrovaných fotovoltaických produktů. A nebo VIPV produktů, i když nejsou úplně stejné jako výzkum.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint