Как сконцентрировать солнечный свет без концентраторов

Солнечные батареи, работающие от концентраторов солнечного излучения, уже не новость, однако канадская компания Morgan Solar смогла объединить концентратор с панелью, на которой установлен фотоэлемент, ликвидировав отдельные громоздкие собирающие системы.

Это радикально снижает объём и вес разработки. А применение фотоэлементного пятна на основе германия и арсенида галлия позволяет добиваться КПД неподвижной панели в 26–30% — при доходящем до 40% КПД самого фотоэлемента.

Обычные солнечные батареи тонки и почти не занимают места. Гелиотермальные электростанции концентрируют свет параболическим зеркалами, а потому не нуждаются в дорогих фотоэлементах, однако тепловое преобразование требует громоздких турбин и теплоаккумуляторов. Чтобы снизить затраты на фотоэлементы, изобретённый Morgan Solar вариант решения проблемы под названием Sun Simba использует очень маленький галлий-арсенидный фотоэлемент в центре тонкой плоской панели, которая и является концентратором.

Но может ли плоскость заменить параболические концентраторы?

Рис. 1. И параболические концентраторы, и линзы Френеля требуют разнесения в пространстве концентраторов и фотоэлемента. Morgan Solar впервые удалось совместить их в одной плоской и тонкой панели. (Здесь и ниже иллюстрации Morgan Solar).

Всё просто. Каждый элемент Sun Simba — это микролабиринты из полиметилметакрилата (оргстекла), которые направляют свет к расположенному в центре высокоэффективному фотоэлементу размерами 5×5 мм. И никаких линз и зеркал. Свой концентратор компания назвала Light-guide Solar Optic (LOS, светонаправляющая солнечная оптика). По словам разработчиков,

вдохновение они почерпнули в оптоволоконных линиях, где без громоздких линз и зеркал свет вполне уверенно передаётся на большие расстояния.

Рис. 2. Каждый концентратор представляет собой плоский шестиугольник. Если свет попадает внутрь, стенки шестиугольника отражают его к центральному фотоэлементу.

И вот что ещё важно: несмотря на тысячекратную концентрацию солнечного излучения (по сравнению с обычной солнечной постоянной) в системе, никакого перегрева фотоэлемента не возникает. Дело в том, что используемое оргстекло блокирует инфракрасное излучение. То есть нагрев всего, что находится внутри LOS, минимален.

КПД системы при неподвижном положении панели в среднем за день составляет 26–30% (в зависимости от времени года и угла, под которым находится Солнце). Это всё равно вдвое превосходит практический КПД фотоэлементов на основе кристаллического кремния. И это притом, что стоимость Sun Simba, как заявляет разработчик, «экстремально низка». Действительно, на один элемент, генерирующий 25 Вт, уходит всего 25 мм² германия и арсенида галлия и 0,09 м² обычного оргстекла. Использование дорогих элементов сведено к минимуму, а компактность такая же, как у обычных кремниевых панелей.

Начало серийного выпуска новой системы намечено на середину 2012 года. Ближайшим перспективным рынком для себя компания видит замену дизельных генераторов в качестве средства энергоснабжения в отдалённых районах, не имеющих связи с крупными энергосистемами.