Scan0014 (10)

226 14. Ogniwa fotowoltaiczne

wyprodukowania energii elektrycznej był porównywalny z kosztem energii uzyskiwanej metodami konwencjonalnymi, czyli ok. 0,1 USD/kW^-h. W obliczeniach przyjęto energię nasłonecznienia 2600 kW*h/(m^-,a) oraz dwie stopy dyskontowe 6 i 12% [14.16].

226 14. Ogniwa fotowoltaiczne

Rysunek 14.6

Porównanie ceny 1 m² modułu ogniwa bez i z koncentratorem dla dwóch stóp dyskontowych, przy założeniu takiej samej ceny energii z ogniw i uzyskanej metodami konwencjonalnymi

a)

1

Liniowy

Punktowy

Liniowy

Punktowy

Rysunek 14.7

Systemy koncentratorów: a) soczewkowy, b) lustrowy 1 — soczewka Fresnela, 2 — ogniwo, 3 — lustro paraboliczne

W ogniwach fotowołtaicznych, podobnie jak i w kolektorach słonecznych, można zastosować dwa systemy koncentratorów: soczewkowe (załamujące) i lu-strowe (odbiciowe). Obydwa mogą skupiać promieniowanie liniowo lub punktowo, jak przedstawiono to na rys. 14.7. Teoretycznie maksymalna koncentracja promieniowania słonecznego dla parabolicznego kołowego zwierciadła o kącie koncentracji O = 0,5° może wynosić 12 000 razy dla współczynnika refleksyjno-ści n - 1 lub 104 000 dla n = 1,49. Praktycznie wartość ta wynosi ok. 820 i 4800 razy. Teoretycznie kwadratowe soczewki Fresnela zwiększają koncentrację promieniowania 376 razy, a praktycznie 73 razy.

14.6

Perspektywy i strategia rozwoju ogniw fotowołtaicznych

Pierwsza elektrownia fotowoltaiczna o mocy 50 kW powstała w 1980 r. w Al-Ainach (Arabia Saudyjska). Kolejna to elektrownia na wyspie Pellworm (1983) na Morzu Północnym o mocy 300 kW, która zaopatruje w energię elektryczną centrum uzdrowiskowe. Obecnie na całym świecie pracuje już wiele elektrowni fotowol-taicznych [14.12].

Dalsze badania systemów fotowołtaicznych są prowadzone w dwóch strategicznych kierunkach: zmniejszenia kosztów produkcji i zwiększenia sprawności ogniw. Obydwa kierunki poszukiwań bazują głównie na inżynierii materiałowej, rozwijaniu nowych technologii produkcji kryształów krzemu (krystalicznego, polikrystalicznego, amorficznego, cienkowarstwowego) o coraz mniejszej ilości domieszek i o coraz większej powierzchni poprzecznej kryształu oraz opracowywaniu technologii otrzymywania innych materiałów (selenki, arsenki itd.), a także badaniu nowych domieszek (arsenek, gal, cyna, niob i inne), z których są zbudowane ogniwa. Przykładem może być firma Varian Associates (USA), która na zamówienie Departamentu Energetyki USA opracowała technologię produkcji ogniw z arsenku galu o mocy 1 kW i sprawności dochodzącej do 23,3%. Inny przykład to dalsze badania nad siarczkiem kadmu (CdS), który jest przezroczysty, prowadzone m.in. przez Solar Battery Division (USA), Matsushita Battery Industrial (Japonia) i Photon Energy, Inc., El Paso (USA). Dzięki tym badaniom udało się w krótkim czasie doprowadzić do wzrostu sprawności ogniw (CdS-Cd) z 6,4% do 17%, a docelowo planuje się osiągnąć sprawność ok. 20% [14.17, 14.18],

Oprócz wymienionych powyżej tematów, zainteresowanie badaczy koncentruje się również na badaniu i opracowaniu technologii produkcji:

—    wysokotemperaturowych ogniw, mogących pracować w podwyższonej temperaturze zogniskowanego koncentratorami promieniowania słonecznego;

—    termosłonecznych ogniw fotowołtaicznych, które będą mogły zamienić na energię elektryczną także promieniowanie podczerwone;