Αρχιτεκτονική ηλιακών κυττάρων πυριτίου σε τρεις διαστάσεις
Loading...
Date
2023-09-28
Authors
Σταμούλης, Χρήστος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας καταλαμβάνουν όλο και περισσότερο έδαφος στη σύγχρονη παγκόσμια παραγωγή ενέργειας τα τελευταία χρόνια, λόγω των πλεονεκτημάτων που προσφέρουν στην προσπάθεια αντιμετώπισης της κλιματικής κρίσης. Σημαντικό ποσοστό στις ανανεώσιμες πηγές είναι η ηλιακή ενέργεια την οποία καταφέρνουμε να αξιοποιήσουμε χάρη στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο και την εφαρμογή αυτού στα φωτοβολταϊκά στοιχεία. Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο αποτελεί κομμάτι του φαινομένου της διόδου αφού βασίζεται στη διέγερση ηλεκτρονίων εντός μιας επαφής p-n, όπως αυτή της διόδου, από προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία η οποία με τη σειρά της προκαλεί την δημιουργία ρεύματος που είναι δυνατόν να συλλεχθεί. Το πιο διαδεδομένο υλικό για την κατασκευή τέτοιων επαφών είναι το πυρίτιο (Si), αλλά χρησιμοποιούνται και άλλα ημιαγώγιμα υλικά, όπως το GaAs και το InP. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα που κατασκευάζονται από Si, διαχωρίζονται σε κύτταρα μονοκρυσταλλικού Si και κύτταρα πολυκρυσταλλικού Si, ενώ περαιτέρω διαχωρισμός τους μπορεί να βασιστεί στον τρόπο κατασκευής καθώς και στην αξιοποίηση διάφορων δευτερευόντων φαινομένων για την αύξηση της αποδοτικότητας τους. Ενδεικτικά, έχουν κατασκευαστεί κύτταρα πρώτης, δεύτερης και τρίτης γενιάς, με τα δεύτερης γενιάς να είναι ηλιακά κύτταρα λεπτού φιλμ από CdTe, CIGS κ.α. και τα τρίτης γενιάς να περιλαμβάνουν κύτταρα τεχνολογιών λεπτού φιλμ που χρησιμοποιούν οργανικές ουσίες, οργανομεταλλικά μίγματα αλλά και ανόργανες ουσίες. Τα πρώτης γενιάς κύτταρα είναι τα συμβατικά ηλιακά κύτταρα Si που είναι ευρέως διαδεδομένα και χωρίζονται σε διάφορες υποκατηγορίες όπως είναι τα IBC (Integrated Back Contact), BSF (Back surface field) and PERC (Passivated Emitter and Rear Contact). Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται και αξιολογείται μια νέα διάταξη ηλιακών κυττάρων που αξιοποιεί μια τρισδιάστατη δομή σε αντίθεση με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά πλαίσια, και χρησιμοποιεί ηλιακά κύτταρα τύπου PERC. Πιο συγκεκριμένα, στόχος της προτεινόμενης διάταξης είναι να παράγει σημαντικά ποσά ενέργειας έχοντας όμως μικρότερο αποτύπωμα συνολικά αναγκαίου για το σύστημα εμβαδού, να αυξηθεί δηλαδή ο λόγος της παραγόμενης ενέργειας (Wh) προς τη μονάδα εμβαδού (m2) που καλύπτει η διάταξη ή το συνολικό σύστημα στον χώρο τοποθέτησης του. Η προτεινόμενη διάταξη που αποτελείται από τρία ηλιακά κύτταρα, ένα μιας όψεως και δύο διπλής όψεως, συγκρίνεται με μία συμβατική διάταξη που αποτελείται από δύο ηλιακά κύτταρα, μιας όψεως, συνδεδεμένα σε σειρά και ανυψωμένα κατά 40 από το επίπεδο εγκατάστασης τους. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών ενεργειακής και χωρικής απόδοσης και της σύγκρισης τους με την συμβατική διάταξη, δείχνουν ότι η προτεινόμενη διάταξη μπορεί να αυξήσει τον λόγο ενέργειας προς εμβαδόν κατά 56.3%, και αυτό επιτυγχάνεται από το γεγονός ότι το επικαλυπτόμενο εμβαδόν είναι κατά 38.7% μικρότερο, ενώ χρησιμοποιείται και επιπλέον υλικό, δηλαδή ένα ηλιακό κύτταρο περισσότερο.
Description
Keywords
Τρισδιάστατη διάταξη, Ηλιακά κύτταρα, Ηλιακή ενέργεια, Χωρική απόδοση