Фотоэлектрические модули с инновационным охлаждением.
Французские ученые предложили использовать радиационное охлаждение неба в качестве метода пассивного охлаждения для снижения температуры фотоэлектрических модулей на 10 С. Они утверждают, что этот метод может повысить производительность солнечных батарей более чем на 5 Вт/м2.
Ученые изучили радиационное охлаждение неба (RSC) на исследовательском уровне как потенциальную технологию пассивного охлаждения зданий и солнечных батарей . RSC возникает, когда поверхность объекта поглощает меньше излучения от окружающей среды и меньше энергии, которую он излучает. Когда это происходит, поверхность теряет тепло к окружающему пространству, и эффект охлаждения может быть достигнут без потребности в энергии.
Исследователи из французского Института нанотехнологий Лиона (INL) недавно приступили к изучению влияния РСК на ячейки солнечных батарей. Их цель — определить идеальный профиль термических потерь элементов, который мог бы обеспечить наилучшее охлаждение. «Мы также определили потенциал охлаждения в широком диапазоне сценариев», — рассказал исследователь Жереми Дюмулен журналу pv.
Ученые объяснили, что солнечные электростанции, естественно, являются хорошими кандидатами на применение RSC техники, использующей прозрачность земной атмосферы в диапазоне от 8 до 13 микрометров, с целью усиления радиационной теплопередачи.
«На практике улучшение RSC заключается в настройке оптического поглощения и теплового излучения в инфракрасном диапазоне, что позволяет также уменьшить поглощение поддиапазонных фотонов, называемых далее паразитным солнечным поглощением», — сказали они.
Дюмулен сказал, что эта технология может быть применена в производстве фотомодулей путем изменения оптических свойств стеклянной оболочки. RSC также может быть улучшена до некоторой степени за счет изменения оптических свойств элементов. «В настоящее время мы изучаем различные технические пути получения желаемой излучательной способности при сохранении низкой стоимости», — сказал он.
Первоначально ученые разработали тепловую и электрическую модель для измерения температуры и производительности ячеек. Затем они создали «ступенчатую модель» для установления профиля излучательной способности ячейки. Они использовали эту модель для сравнения селективного и широкополосного профилей излучения в различных сценариях.
Ученые утверждают, что широкополосный профиль является идеальным выбором, так как он обеспечивает более низкую температуру и более высокую выходную электрическую мощность в большинстве условий окружающей среды, при условии, что полоса пропускания составляет около 2,3 эВ. Селективный профиль является наиболее подходящим вариантом только для солнечных батарей с полосовой развязкой энергии более 2,3 эВ. Кристаллический кремний (C-Si), например, имеет полосовой разрыв в 1,11 эВ, а теллурид кадмия (CdTe), который менее эффективен, чем C-Si для производства электроэнергии, имеет полосовой разрыв в 1,44 эВ.
Широкополосный профиль обеспечил более низкую температуру модулей и более высокую выходную мощность для кристаллического кремниевого элемента с полосой пропускания 1,12 эВ при условии, что солнечная иллюминация превышает 300 Вт/мВт, а для перовскитового элемента с 1,64 эВт — при условии, что солнечная иллюминация превышает 500 Вт/м2. «Это действительно даже при подавлении конвекции и в условиях чистого неба», — сказал Дюмулен.
В своем моделировании исследователи определили, что улучшение RSC может привести к снижению температуры фотоэлектрических модулей примерно на 10 C. Это, в свою очередь, может повысить производительность приборов более чем на 5 Вт/м2.
«Для Si-устройств с высокой нерадиативной рекомбинацией наша модель предсказывает еще более высокое снижение температуры», — сказала исследовательская группа. «Даже в худшем сценарии — плотное устройство с изначально хорошим тепловым режимом спереди и сзади — широкополосный профиль может еще больше снизить температуру почти на 3 С».
До сих пор они только смоделировали предложенную методику, так что они могут сначала определить необходимый профиль теплоизлучения и его потенциальную выгоду. Они надеются, что это оправдает дальнейшие исследования. «Мы планируем провести испытания как на ячейках, так и на солнечных батареях», — сказал Дюмулен.