Alto híbrido

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5206 (2023) Cite este artigo

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Detalhes das métricas

Neste estudo, propomos uma nova célula fotovoltaica de alta concentração (HCPV) considerando as características de vazamento de luz dos módulos de células solares baseados em lentes Fresnel e os problemas de desempenho decorrentes do sombreamento de nuvens em uso prático. Usamos nossos sistemas autoconstruídos para realizar medições de campo por até meio ano sob várias condições ambientais. De acordo com os resultados obtidos, foi surpreendente saber que na área diferente da área de foco, a chamada região de vazamento de luz, sempre há iluminância de cerca de 20.000–40.000 lx, seja um dia ensolarado ou nublado com diferentes condições de nuvem. Um resultado tão interessante é causado pela dispersão de luz das nuvens e pela característica de vazamento inerente de uma lente de Fresnel. Para comprovar esse importante achado, simulamos a iluminância da estrutura da lente de Fresnel utilizada na medição com aberturas de diferentes tamanhos para determinar a área detectada. No laboratório, as placas difusas foram usadas para simular a situação de variação da espessura da camada de nuvens. A tendência dos resultados calculados e medidos se encaixou bem com as medições de campo. Além disso, os resultados experimentais e de simulação mostram que o ângulo redondo e a faceta de rascunho da lente de Fresnel foram responsáveis ​​pelo vazamento de luz. Essa descoberta nos levou a propor um módulo solar híbrido de alta concentração, no qual células solares de silício policristalino mais econômicas são colocadas ao redor do wafer de alta eficiência do HCPV para capturar o vazamento de luz dissipada e convertê-lo em eletricidade utilizável.

Entre os 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) globais interligados estabelecidos pela Assembleia Geral das Nações Unidas em 2015, a energia acessível e limpa é um indicador essencial de um futuro melhor e mais sustentável para todos. Portanto, para geração de energia limpa e sustentável, os pesquisadores utilizam diversos recursos naturais para obter a chamada energia verde, incluindo energia eólica, energia geotérmica, hidroeletricidade, energia das marés, energia solar, etc. localização e são uma fonte de energia que pode ser obtida em praticamente qualquer lugar do mundo1. Portanto, converter efetivamente a energia da luz do sol em energia elétrica que pode ser facilmente utilizada sempre foi o objetivo final do desenvolvimento da vida humana. Painéis de células solares feitos de materiais semicondutores são reconhecidos como o dispositivo de geração de energia solar fabricado mais econômico. Nas últimas décadas, esse dispositivo passou a ser amplamente explorado para gerar eletricidade a partir dos raios solares. Eles podem ser encontrados nos telhados de prédios públicos e residências individuais em todo o mundo. Geralmente, os materiais usados ​​em painéis solares baseados em semicondutores são silício policristalino ou semicondutores compostos III–V e II–VI, enquanto suas eficiências de fotoconversão são de 15% e 45%, respectivamente2,3,4. Em relação ao preço do produto, o custo dos painéis solares feitos com semicondutores compostos III-V ou II-VI é muito maior do que os painéis solares de polissilício. No entanto, por considerações de eficiência, os semicondutores III-V ou II-VI ainda são usados ​​para painéis solares em usinas de energia solar. Eles são usados ​​em acompanhamento de sistemas de rastreamento solar para melhorar a eficiência de geração de energia5. Além disso, podemos configurar uma lente óptica acima do painel solar baseado em semicondutores compostos para efetivamente focar a luz solar incidente quase paralela em uma área limitada dessas células solares de alto custo6,7. Os módulos de células solares com essa configuração são chamados de fotovoltaicos de alta concentração (HCPV)8,9, o que significa que, por meio do design e do uso de elementos ópticos, a maior parte da energia solar pode ser coletada em um wafer solar de tamanho pequeno. Dessa forma, não apenas os materiais semicondutores compostos de alto desempenho podem ser totalmente utilizados para o fornecimento de energia de células solares, mas também o custo pode ser bastante reduzido devido à redução de materiais usados.