Жизнеспособным решением является производство электроэнергии на месте с использованием фотоэлектрического (PV) метода преобразования солнечной энергии непосредственно в электрическую. В фотоэлектрическом методе используются полупроводниковые устройства, называемые солнечными элементами. При постоянном снижении стоимости этот метод является наиболее многообещающим источником питания постоянного тока для богатых и бедных во всем мире. Благодаря доступности солнечной энергии во всем мире, производство фотоэлектрических систем не является заложником обычных геополитических ограничений.
Таким образом, он может привести к энергетической революции, точно так же, как информационная революция, основанная на Интернете, продолжает формировать наш мир сегодня.Раджендра Сингх, профессор Д. Хаузера Бэнкса факультета электротехники и вычислительной техники Холкомба и аспирант Гитин Ф. Алапатт из Университета Клемсона вместе с Ахлешем Лахтакиа, профессором Чарльза Годфри Биндера (обеспеченный) инженерных наук и механики в штате Пенсильвания Университет недавно исследовал наиболее перспективные типы солнечных батарей для питания каждого дома.
Проф. Сингх говорит, что, как он предсказывал в 1980 году, «подавляющее большинство (~ 90%) установленных фотоэлектрических систем мощностью более 100 гигаватт используют традиционные фотоэлектрические панели, сделанные из кристалла». Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре.
Из-за недостаточной функциональной надежности и сопутствующей недостаточной экономической рентабельности фотоэлектрические системы, использующие солнечные концентраторы, не оказали значительного влияния во всем мире. Использование тонких пленок полупроводников, таких как теллурид кадмия, аморфный кремний и арсенид галлия, индия, все еще имеет большое коммерческое значение. Фотоэлектрические модули, содержащие органические и сенсибилизированные красителями солнечные элементы, не должны играть роли в производстве электроэнергии без фундаментальных достижений в синтезе материалов и производительности.
Ученые предложили несколько новых подходов для повышения эффективности однопереходных солнечных элементов за пределы существующих ограничений. Эти подходы основаны на таких концепциях, как генерация множественных экситонов, умножение несущих, промежуточная запрещенная зона и выделение горячих носителей и т. Д. Однако после применения производственных критериев для обеспечения коммерческой жизнеспособности исследователи Клемсона и Пенсильвании стали пессимистично оценивать эффективность этих подходов. для массового производства электроэнергии.
Исследователи предложили новую многопозиционную многопереходную архитектуру для недорогого производства фотоэлектрической энергии. КПД превысит возможные в настоящее время 25%. Предлагаемая архитектура основана на использовании имеющихся в настоящее время коммерческих кристаллических солнечных элементов и тонкопленочных солнечных элементов, изготовленных из материалов (таких как оксид меди), которых много в земной коре.
Ожидается, что управление потоком солнечных фотонов через солнечные элементы повысит эффективность, но, по словам исследователей, дополнительные производственные затраты, которые могут возникнуть при этом, остаются неизвестными.Проф. Сингх говорит, что «создание локальных электрических сетей постоянного тока может сэкономить энергию, потерянную при передаче, и ненужное преобразование постоянного тока в переменный (AC), а затем обратно в постоянный». Большинство электронных устройств и электрических нагрузок работают на постоянном токе, и при передаче и преобразовании энергии переменного тока в постоянный ток теряется около 30% общей генерируемой энергии.
Сегодня производство и распределение фотоэлектрической электроэнергии в микросети постоянного тока — лучший способ обеспечить электричеством деревни, не имеющие доступа к электричеству. Это также лучший вариант для замены устаревшей инфраструктуры производства и передачи электроэнергии в США и других развитых странах.