Вчені створили 3D — сонячну батарею, що змінює форму та відстежує положення сонця

Вчені з Південної Кореї створили тривимірну фотоелектричну систему, що трансформується, на основі мозаїчних сонячних елементів, яка є ідеальним рішенням як для міської, так і для сільської місцевості з обмеженими площами для розміщення фотогальваніки.

Запропонована система заснована на компонентах зі сплаву з пам’яттю форми, які реверсивно приводяться в дію за рахунок передачі тепла, викликаного сонячним світлом, що падає на поверхню сонячних елементів, щоб автоматично регулювати форму масиву у відповідь на положення сонця, без необхідності використання обладнання. «Площа поперечного перерізу, перпендикулярна падаючому світлу, збільшується, коли привод вирівнює панелі, полегшуючи автоматизований ефект відстеження сонячних променів», — пояснили дослідники. «Крім того, цю концепцію відстеження сонячної енергії можна застосувати до мозаїчних модулів, перевага яких полягає в тому, що вони використовують широко доступні комерційні сонячні елементи з кристалічного кремнію (Si)».

За словами дослідницької групи, фотоелектрична система здатна збільшити вихід електроенергії на 60% протягом дня в порівнянні з фіксованою плоскою панеллю завдяки меншій довжині тіні і двосторонньому ефекту, отриманому під час трансформації форми. «Пряме світло ефективно збирається на деяких поверхнях, а розсіяне та відбите світло збирається на інших поверхнях, ефект, якого неможливо отримати в сонячних модулях, які використовують звичайні системи стеження», — підкреслили вони.

Сонячні батареї були вирізані різних форм, таких як прямокутники, рівносторонні трикутники та прямокутні трикутники, використовуючи силіконову гуму або металеву сітку як основу для створення 2D-форми арки. Комірки розміщували на магістральній смузі через рівні проміжки і з'єднувалися за допомогою металевого дроту або текстильних електродів та паяння. Смужки виготовлені з нікель-титанового сплаву з пам'яттю форми і нанесені на поверхню кожної панелі сонячних елементів. Потім мозаїчні сонячні елементи інкапсульовані в силіконовий корпус.

Коли температура поверхні сонячного елемента підвищується, сплав з пам'яттю форми відновлюється до запрограмованої пласкої форми, тим самим приводячи в дію систему. Пласка форма, що запам'ятовується означає, що поверхня мозаїчного сонячного елемента буде максимально збільшувати площу поперечного перерізу, на яку падає сонячне світло.

Дослідники звернули увагу на те, що таких модулях трансформація масиву сонячних батарей ініціюється компонентами сплаву між блоками мозаїки та в просторах зв’язків. «Тому температура компонентів сплаву з пам’яттю форми між поверхнями сонячних елементів важливіша, ніж температура самих поверхонь. Температури компонентів сплаву з пам’яттю форми, розташованих між блоками сонячних батарей на відстані 3 мм від поверхні елемента та з'єднувальної основи, мають аналогічну тенденцію до температури поверхні сонячного елемента, але нижчі на 2–6 °C ».

Пристрій було випробувано за стандартних умов освітлення, і його характеристики зрівнялися з звичайними стаціонарними панелями. Ефективність системи оцінювалася за максимальною вихідною потужністю маси на одиницю встановленої площі.

Сонячні елементи трикутної форми з гострими кутами продемонстрували найкращі характеристики у короткій арці та всеспрямованому падаючому світлі. «Частина масиву, яка самозатінюється під час перетворення форми, діє як зворотний бік двостороннього фотоелектричного модуля, забезпечуючи трансформовані мозаїчні масиви сонячних елементів з перевагами як системи стеження за сонцем, так і двостороннього фотоелектричного модуля. — зробили висновки вчені. — «Це дослідження знайомить з концепцією фотоелектричного модуля з формою, що трансформується; залишається ще багато областей досліджень, включаючи ефективне управління живленням кожної комірки та 3D-проекти, які підходять для конкретних додатків».