Сферичини слънчеви елементи изработват до 2 пъти повече електроенергия, отколкото плоските
Група изследователи от Саудитска Арабия е открила лесен начин за събиране на максимално количество слънчева светлина, в това число и разсеяна такава. Те са създали прототип на слънчева батерия във вид на кълбо с размер на топка за тенис на маса. При изготвянето на устройството учените са използвали разработена по-рано от тях технология, позволяваща да се правят тънки и гъвкави фотоелементи с помощта на гофриране.
Лабораторните експерименти показали, че такава конструкция може да изработва от 15% до 100% повече електроенергия с сравнение с плосък слънчев панел със същата площ. Това се постига за сметка на сферичната повърхност, тъй като тя събира светлина едновременно от множество посоки.
Един от участниците в разработката Назек Ел-Атаб, докторант в Университета на Крал Абдула за наука и технологии (KAUST), обяснява идеята за разработването на новия панел:
„Формата на очите на домашната муха увеличават ъгловото им зрително поле, така че те могат да виждат нa около 270 градуса около себе си в хоризонтално поле. По същия начин сферичната архитектура увеличава „ъгловото зрително поле“ на слънчевата клетка, което означава, че може да събира слънчева светлина от много повече посоки.“
Отначало при пряко въздействие на лъчите слънчевият модул с формата на кълбо започва да изработва 24% повече електроенергия, отколкото плоския панел. Но след увеличаването на нагряването на фотоелемента разликата нараства до 39%, благодарение на сферичната форма, която по-добре разсейва топлината, а следователно по-малко губи ефективност.
При отсъствието на директни слънчеви лъчи сферичният слънчев елемент изработва 60% повече електроенергия, отколкото традиционните. Допълнително производството може да се увеличи чрез добавянето на светлоотразяващ фон. По време на изследването най-добър резултат, а именно 2 пъти повече мощност, е била получен при използването на шестоъгълен алуминиев отразител.
В експерименталните сферични панели са използвани силициеви фотоелементи, които в момента се прилагат в 90% от серийните слънчеви панели и по тази причина, ако разработката се окаже икономически изгодна, няма да е трудно да се започне масово производство.
Слънчевата батерия във вид на сфера е създадена от обичаен панел чрез сгъване по предварително направени прорези с помощта на лазер. Разбира се, премахването на част от фотоелементите по линията на прегъване намалява площта на сферичния панел, която може да поглъща слънчева светлина. Но тези панели в сравнение с плоските са по-малко податливи на събиране на прах и намаляване на мощността заради нагряването, а освен това не изискват използването на скъпоструващи тракери (устройства, следящи преместването на слънцето по небосклона и повишаващи ефективността на панелите).
За разработването и демонстрацията на първите си прототипи саудитските изследователи са сгъвали и формирали ръчно своите сферични слънчеви клетки, но вече са започнали да проектират и разработват начини за автоматизиране на процеса, използвайки „роботизирани ръце“, за да имитират ръчното сгъване, обяснява Мухамад Мустафа Хусейн, професор на електротехника и компютърно инженерство в KAUST, който е бил ръководител на изследването.
Освен това екипът на проф. Хюсейн вече работи по разработването на нови форми, например, напомнящи на палатки или чадъри, за да проверят дали те предлагат някакви преимущества. Правят се и опити за интегриране на слънчевите клетки с повърхностите на безпилотни летателни апарати, имащи необичайни форми.
Пандемията COVID-19 е наложила затварянето на изследователските лаборатории и е забавила първоначалните планове на саудитската група за тестване на открито. Но Хюсеин се надява, че групата ще може да продължи с полевите изпитания преди края на 2020 г. Освен това той очаква помощ от мрежата на възпитаниците на KAUST за евентуално тестване на сферичните слънчеви клетки в Калифорния, а също така в страни като Бангладеш, Китай, Индия, Южна Корея , Германия, Испания, Бразилия, Колумбия, Мексико, Южна Африка, Австралия и Нова Зеландия.
„Ще създадем сферични клетки с площи от 9 квадратни метра до 90 квадратни метра и ще сравним техните технико-икономическите показатели с аналогичните по площ плоски слънчеви панели в реални условия“, казва Хусейн. „ След това планираме да ги разположим в различни географски местоположения през цялата година, за да оценим тяхната производителност и надеждност.“
