Limit Shockley-Quiesser’a dla paneli fotowoltaicznych
Limit Quiessera, znany również jako limit Schocka-Quisera lub efekt Quiessera, dotyczy maksymalnej efektywności konwersji energii świetlnej na energię elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych wykonanych z krzemu.
Jest to teoretyczne ograniczenie wynikające z właściwości krzemu jako półprzewodnika.
W uproszczeniu, limit Quiessera określa maksymalny teoretyczny odsetek energii słonecznej, który można przekształcić w energię elektryczną przy użyciu pojedynczego ogniwa fotowoltaicznego z krzemu.
Według tego limitu, maksymalna wydajność fotowoltaiczna wynosi około 33,7%. Oznacza to, że można przekształcić nie więcej niż 33,7% energii świetlnej padającej na ogniwo krzemowe w energię elektryczną. Limit Shockley-Quiesser’a dla paneli fotowoltaicznych.
Limit Quiessera jest związany z kilkoma czynnikami, które wpływają na wydajność ogniw fotowoltaicznych. Jednym z kluczowych czynników jest szerokość przerwy energetycznej (band gap) krzemu. Szerokość przerwy energetycznej określa minimalną energię fotonu świetlnego wymaganą do wygenerowania pary elektron-dziura w materiale. Krzem ma stosunkowo szeroką przerwę energetyczną. To natomiast oznacza, że większość fotonów o niskiej energii nie jest w stanie wygenerować nośników ładunku. W konsekwencji zostaje pochłonięta bez przekształcenia w energię elektryczną.
Inne czynniki, które wpływają na limit Quiessera, to straty związane z rekombinacją nośników ładunku, straty cieplne związane z rozproszeniem ciepła i nieidealne odbicie światła od powierzchni ogniwka. Te czynniki skutkują stratami energii i ograniczają efektywność konwersji.
Warto jednak zauważyć, że obecnie dostępne komercyjne ogniwa krzemowe osiągają wydajność na poziomie około 20-23%. Chociaż jest to znacznie poniżej limitu Quiessera, ciągle trwa praca nad rozwijaniem nowych technologii i materiałów. Być może w przyszłości będą mogły zbliżyć się do tego teoretycznego limitu.
Limit Quiessera jest zatem teoretycznym ograniczeniem efektywności konwersji energii świetlnej na energię elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych krzemu. Wynosi on około 33,7%, jednak obecnie dostępne technologie osiągają niższą wydajność. Nieustannie trwają jednak prace badawcze.
Skupiają się one na kilku obszarach, które mogą przyczynić się do poprawy wydajności i zbliżenia się do limitu Quiessera:
Materiały półprzewodnikowe
Badania koncentrują się na poszukiwaniu i rozwoju nowych materiałów półprzewodnikowych o bardziej optymalnych właściwościach. Chodzi tu głównie o materiały o mniejszej szerokości przerwy energetycznej, które mogą efektywnie absorbować większy zakres promieniowania słonecznego. Przykładami takich materiałów są perowskity, CIGS (chalcopyryt z indu, gallem i selenem) czy tellurki kadmu (CdTe).
Struktury ogniw fotowoltaicznych
Optymalizacja struktury ogniw fotowoltaicznych ma na celu zmniejszenie strat wynikających z rekombinacji nośników ładunku. Wykorzystuje się różne techniki, takie jak wprowadzanie warstw o wysokiej absorpcji, zwiększenie powierzchni aktywnej lub zastosowanie warstw pasywujących.
Wykorzystanie wielu pasm
Ogniwa fotowoltaiczne mogą być projektowane tak, aby wykorzystywały różne pasma światła. Wykorzystanie wielu pasm, zarówno w zakresie światła widzialnego, jak i podczerwieni, pozwala na lepsze wykorzystanie dostępnej energii słonecznej.
Ogniwa tandemowe
Ogniwa tandemowe składają się z dwóch lub więcej warstw o różnych szerokościach przerw energetycznych. Ta konstrukcja pozwala na efektywne wykorzystanie większej ilości fotonów o różnych energiach, co przekłada się na wyższą wydajność ogniw.
Techniki koncentracji
Koncentratory słoneczne wykorzystują soczewki lub zwierciadła do skupiania promieniowania słonecznego na ogniwach fotowoltaicznych. Ta technika pozwala na zwiększenie intensywności światła docierającego do ogniw, co przyczynia się do zwiększenia wydajności.
Badania nad nowymi materiałami
Poza krzemem, prowadzone są badania nad wykorzystaniem innych materiałów, takich jak perowskity, organiczne materiały półprzewodnikowe, nanokompozyty i wiele innych. Celem tych badań jest znalezienie nowych materiałów o lepszych właściwościach absorpcji światła i wydajności konwersji.
Planujecie budowę swojej farmy fotowoltaicznej lub poszukujecie firmy świadczącej usługi O&M?
Chcecie zakupić projekt farmy fotowoltaicznej lub wiatrowej i potrzebujecie sprawnie i profesjonalnie wykonać audyt / due diligence?
Poszukujecie recyklera paneli fotowoltaicznej lub firmy myjącej instalacje i farmy fotowoltaiczne?
Zapraszamy do kontaktu z Nami!
