Название:Концентраторные гибридные А3В5-Si солнечные батареи со смарт-системами управления и контроля
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:09 - Инженерные науки, 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии
Ключевые слова:Многопереходный солнечный элемент, гетероструктурный фотопреобразователь, гибридная солнечная батарея, концентратор солнечного излучения, линза Френеля, оптико-энергетическая характеристика, вольт-амперная характеристика, МОС-гидридная эпитаксия, солнечная инсоляция, смарт-система управления, система слежения за Солнцем
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Емельянов,ВМ
Подразделения:
Код проекта: 22-19-00158

Актуальность развития новых решений для фотоэлектрических систем определяется необходимостью обеспечения долговременного энергетически и экономически конкурентоспособного развития солнечной электроэнергетики. Расширение функциональных возможностей и энергетического потенциала фотоэлектрических систем преобразования солнечной энергии за счет преимуществ концентраторной и планарной концепций является крайне перспективным научно-техническим направлением.

Применение Гибридных Солнечных Батарей (ГСБ) на территориях с переменным балансом прямой и диффузной составляющих в суммарном потоке солнечного излучения будет способствовать развитию систем локального и сетевого энергообеспечения. Известно, что эффективность модулей с концентраторами и А3В5 солнечными элементами (СЭ) максимальна в условиях поступления прямого солнечного излучения (ясная погода) и практически равна нулю при облачности и превалировании диффузного излучения. В то же самое время кпд плоских кремниевых элементов незначительно меняется при вариациях освещенности и изменении соотношения прямой и диффузной компонент в общем световом потоке. Разработка новых типов ГСБ для фотоэнергоустановок позволит сгладить, а в некоторых режимах практически исключить резкие колебания их энерговыработки при смене режимов инсоляции с «преимущественно прямое» на «преимущественно диффузное» излучение. При таких переходах эффективность (и соответственно энерговыработка) модуля будет снижаться с «концентраторных А3В5» 30-35% до «планарных Si» 18-20 %. Очевидно, что обеспечение выработки планарной части ГСБ по уровню не менее 10-20% от пиковой производительности концентраторной части и следует рассматривать в качестве целевого показателя при переходе к гибридным концепциям в интересах высокоэффективной фотовольтаики. В предлагаемом проекте достижение указанных показателей будет обеспечено за счет детальной проработки концентраторной и планарной подсистем и их оптико-энергетического и функционального согласования в создаваемых ГСБ.

При объединении концентраторной и планарной фотоэлектрических технологий будут получены новые решения по высокоэффективным оптическим элементам концентрации солнечного излучения, А3В5 (концентраторным) и Si солнечным элементам, гибридным солнечным батареям, следящим фотоэнергосистемам со смарт-элементами управления и контроля. Комплекс предлагаемых к выполнению проектных, теоретических, технологических работ и экспериментальных исследований обеспечит создание ГСБ с гармонично (технологически и функционально) связанными концентраторным и планарным фотоэлектрическими контурами, обеспечивающими прием и преобразование прямого (Direct) и диффузного (Diffuse and Albedo) излучений.

Экспериментальные прототипы разрабатываемых фотоэнергоустановок позволят продемонстрировать работоспособность всех устройств (ГСБ, системы слежения, смарт-модули управления и контроля) в лабораторных и натурных условиях при различных балансах прямой и диффузной составляющих в световом потоке поступающей солнечной энергии.

Переход к высокоэффективным Гибридным Солнечным Батареям (ГСБ) предполагает пересмотр и адаптацию к новой идеологии целого ряда проработанных ранее решений, заложенных как в концепции концентраторных модулей (изменение условий теплоотвода, функционал вторичных оптических элементов и пр.), так и для плоских неконцентраторных элементов и панелей (продолжительная работа при пониженных освещённостях, устойчивость к кратковременным повышенным локальным облученностям, дополнительный поток тепла от конценраторных СЭ и т.п.). Все принимаемые новые решения будут научно и технологически проработаны, а их эффективность подтверждена с использованием специально разработанных методов исследований и испытаний.