Efficacité des cellules et modules solaires
Chaque année, les problèmes de pénurie d'énergie et de pollution de l'environnement s'aggravent : les ressources fossiles s'épuisent et la consommation humaine d'électricité ne cesse de croître. Dans ce contexte, il n'est pas du tout surprenant que les scientifiques continuent d'améliorer les méthodes alternatives de production d'électricité.
Avec d'autres sources propres, telles que le vent, les marées, les vagues de la mer, la chaleur de la terre et autres, ne perdent pas leur importance et centrales solaires, traditionnellement construit à partir de batteries à base de cellules photovoltaïques. La principale exigence pour les cellules solaires est le rendement le plus élevé possible, le rendement le plus élevé possible de la conversion du rayonnement solaire en électricité.
Le hic avec les cellules solaires est que bien que le flux de rayonnement (irradiant du Soleil et atteignant la Terre) ait une puissance spécifique à la limite supérieure de l'atmosphère de l'ordre de 1400 W/m2, néanmoins par temps nuageux près de la surface de la Terre sur le continent européen, il s'avère que 100 W / m². et encore moins.
Efficacité d'une cellule solaire, d'un module, d'un réseau - Le rapport de la sortie électrique d'une cellule solaire, d'un module, d'une batterie au produit de la densité de flux d'énergie solaire par surface, respectivement, de la cellule, du module, de la batterie.
Efficacité de la centrale solaire — Le rapport de l'énergie électrique générée à l'énergie solaire reçue pendant le même intervalle de temps à la surface, qui constitue la projection de la surface de la centrale solaire sur un plan normal aux rayons du soleil .
Les panneaux solaires les plus populaires aujourd'hui permettent d'extraire l'électricité des rayons du soleil avec un rendement de 9 à 24 %. Le prix moyen d'une telle batterie est d'environ 2 euros par watt, alors que la production industrielle d'électricité à partir de cellules photovoltaïques coûte aujourd'hui 0,25 euros par kWh. Pendant ce temps, l'Association photovoltaïque européenne prévoit que d'ici 2021, le coût de l'électricité "solaire" produite industriellement tombera à 0,1 € par kWh.
Des scientifiques du monde entier tentent d'améliorer l'efficacité des leurs photocellules… Chaque année, il y a des nouvelles de divers instituts, où encore et encore des scientifiques parviennent à créer des modules solaires avec une efficacité record, des modules solaires basés sur une nouvelle composition chimique, des modules solaires avec des concentrateurs plus efficaces, etc.
Les premières cellules solaires à haut rendement ont été démontrées publiquement en 2009 par Spectrolab. Puis le rendement des cellules atteint 41,6%, alors que dans le même temps le début de la production industrielle de cellules solaires avec un rendement de 39% est annoncé en 2011. De ce fait, en 2016 Spectrolab démarre la production de panneaux solaires avec un efficacité de 30, 7% pour les vaisseaux spatiaux.
En 2011La société californienne Solar Junction a atteint un rendement encore plus élevé de 43,5 % avec une cellule solaire de 5,5 mm sur 5,5 mm, dépassant le record récemment établi par Spectrolab. Les éléments multicouches à trois niveaux devaient être fabriqués dans une usine dont la construction nécessitait un prêt du ministère de l'Énergie.
Système solaire Sun Simba qui comprend concentrateur optiqueet d'un rendement de 26 à 30 %, selon l'éclairement et l'angle d'incidence de la lumière, a été présenté en 2012 par la société canadienne Morgan Solar. Les éléments comprenaient de l'arséniure de gallium, du germanium et du plexiglas.Ce développement a permis à une veuve d'augmenter l'efficacité des cellules solaires au silicium traditionnelles.
Les cellules tricouches pointues à base d'indium, de gallium et d'arséniure, mesurant 4 par 4 mm, montrent une efficacité de 44,4 %. Ils ont été démontrés en 2013. Mais la même année, la société française Soitec, en collaboration avec le Centre de Berlin. Helmholtz et des spécialistes de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ont terminé le développement d'une cellule photoélectrique à lentille de Fresnel.
Son efficacité est de 44,7 %. Et un an plus tard, en 2014, l'Institut Fraunhofer obtenait un rendement de 46 %, toujours sur une lentille de Fresnel. La structure de la cellule solaire contient quatre jonctions : le phosphate d'indium et de gallium, l'arséniure de gallium, l'arséniure de gallium et d'indium et le phosphate d'indium.
Les créateurs de la cellule affirment que la batterie, composée de 52 modules, dont des lentilles de Fresnel (16 cm2 chacune) et des photocellules réceptrices ultra-efficaces (seulement 7 mm2 chacune) peut, en principe, convertir 230 soleils de lumière en électricité… .
L'alternative la plus prometteuse à ce que nous avons actuellement, les analystes voient la création dans un avenir proche de cellules photovoltaïques avec une efficacité d'environ 85%, fonctionnant sur le principe de la correction du courant provoqué par le rayonnement électromagnétique du Soleil (après tout, la lumière du soleil est une onde électromagnétique d'une fréquence d'environ 500 THz) sur une petite nanoantenne d'une taille de quelques nanomètres.