Оказывается, это далеко не простой вопрос, но группа исследователей из Массачусетского технологического института и других организаций придумала способ найти лучший вариант для данного места и типа установки. Суть в том, что для крышных систем бытового масштаба в относительно сухих местах более эффективные, но более дорогие панели будут лучше, но для установок в масштабе сети или для тех, кто находится в более влажном климате, лучше подойдут устоявшиеся, менее эффективные, но более дешевые панели. .Стоимость солнечных элементов продолжает стремительно падать, в то время как затраты на установку и сопутствующее оборудование остаются относительно постоянными. Таким образом, выяснение компромиссов, связанных с планированием новой установки, стало более сложным.
Но новое исследование дает четкий способ оценить лучшую технологию для конкретного проекта, говорят авторы.Результаты опубликованы сегодня в журнале Nature Energy, в статье аспирантки Массачусетского технологического института Сары Софии, доцента кафедры машиностроения Тонио Буонассизи, ученого-исследователя И. Мариуса Петерса и трех других сотрудников Массачусетского технологического института и First Solar и Siva Power, солнечной энергии. компании в Калифорнии.В исследовании сравнивались две основные разновидности солнечных элементов: стандартные конструкции, в которых используется один тип фотоэлектрических материалов, и усовершенствованные конструкции, в которых сочетаются два разных типа (так называемые тандемные элементы), чтобы улавливать больше энергии солнечного света. Что касается тандемных ячеек, исследователи также сравнили разные варианты: те, в которых каждая из двух ячеек соединены вместе последовательно, называемые тандемными ячейками с двумя соединениями, и те, в которых каждая ячейка соединяется отдельно, называемые тандемными ячейками с четырьмя контактами.
Вместо того, чтобы просто смотреть на количество энергии, которое может обеспечить каждый вид, команда проанализировала все связанные с этим затраты на установку и эксплуатацию с течением времени, чтобы произвести измерение, называемое нормированной стоимостью электроэнергии (LCOE), мерой, которая включает в себя все затраты и доходы. в течение всего срока службы системы.«Стандартные однопереходные элементы имеют максимальный предел эффективности около 30 процентов», — объясняет София, тогда как «тандемные элементы, использующие два материала, могут иметь гораздо более высокий КПД, более 40 процентов».
Но хотя более высокая эффективность, очевидно, является преимуществом в принципе, «когда вы создаете тандем, у вас в основном два солнечных элемента вместо одного, поэтому его производство дороже. Итак, мы хотели посмотреть, стоит ли оно того», — говорит она.Для своего анализа команда исследовала три типа окружающей среды — засушливую (Аризона), умеренную (Южная Дакота) и влажную (Флорида), поскольку количество водяного пара в воздухе может влиять на то, сколько солнечного света достигает солнечного элемента. . В каждом из этих мест они сравнили стандартные два типа однопереходных солнечных элементов (теллурид кадмия, или CdTe, и селенид меди-индия-галлия, или CIGS) с двумя разными типами тандемных элементов, двухпереходными или четырьмя. -соединение. Таким образом, в каждой среде были изучены в общей сложности четыре различных технологии.
Кроме того, они изучили, как будет влиять общая LCOE установок в зависимости от того, останутся ли общие цены на энергию постоянными или снизятся с течением времени, как ожидают многие аналитики.Результаты были несколько неожиданными. «Для жилых систем мы показали, что тандемная система с четырьмя выводами [наиболее эффективный из имеющихся солнечных элементов] была лучшим вариантом, независимо от местоположения», — говорит София. Но, как выяснили исследователи, для установок промышленного масштаба лучшим вариантом будет ячейка с наименьшими производственными затратами.
По словам Софии, новые результаты могут иметь большое значение для тех, кто планирует новые солнечные установки. «Для меня неочевидно было показать, что четырехконтактная тандемная ячейка имеет явную возможность для успеха. Это действительно показывает важность высокого выхода энергии в жилой системе».Но поскольку системы коммунального масштаба могут распределять затраты на установку и системы управления на гораздо большее количество панелей, и поскольку пространство в таких установках имеет тенденцию быть менее ограниченным, «мы никогда не видели возможности» для более дорогостоящих и эффективных ячеек в таких настройки. В больших массивах, «поскольку стоимость установки настолько низкая, им просто нужны самые дешевые элементы [на ватт мощности]», — говорит она.
По словам Софии, это исследование может помочь определить приоритеты исследований в области солнечных технологий. «В этой области было проделано много работы, не задавая этого вначале [будет ли экономика на самом деле иметь смысл]. Нам следует задать вопрос, прежде чем мы выполним всю работу … Я надеюсь, что это может служить руководством для там, где следует сосредоточить исследовательские усилия », — говорит она.
По словам Софии, методология, разработанная командой для проведения сравнений, должна быть применима ко многим другим сравнениям солнечных технологий, а не только к конкретным типам, выбранным для этого исследования. «Для тонкопленочных технологий это можно обобщить», — говорит она.Поскольку материалы, которые они изучили для корпуса с четырьмя контактами, уже коммерциализированы, София говорит, что «если бы была заинтересованная компания», практичные, доступные тандемные системы с четырьмя контактами для жилых помещений потенциально могли быть довольно быстро выведены на рынок.