FOTOWOLTAIKA SKONCENTROWANA, OSIĄGNIĘCIA I PERSPEKTYWY ROZWOJU

W artykule przeanalizowano możliwość wykorzystania promieniowania słonecznego do wytwarzania energii elektrycznej, ze szczególnym uwzględnieniem roli skoncentrowanego ­ słonecznego. Przedstawiono najnowsze osiągnięcia w zakresie parametrów określających wydajności konwersji energii słonecznej na energię elektryczną w różnych rodzajach systemów fotowoltaicznych przy zastosowaniu koncentratorów promieniowania słonecznego. Skoncentrowana fotowoltaika (CPV), przy użyciu wielowarstwowych ogniw fotowoltaicznych, pozwala na zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów instalacji. W artykule przeanalizowano także zastosowanie zintegrowanych mikroogniw fotowoltaicznych wykorzystujących skoncentrowane promieniowanie słoneczne. Zastosowanie systemów sterowania panelami fotowoltaicznymi zapewnia podwyższenie wydajności instalacji fotowoltaicznych. Scharakteryzowano obecny stan fotowoltaiki na Świecie, oraz przedstawiono perspektywy rozwoju.

Pełny tekst (pdf)

[1] Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) and US National Renewable Energy Laboratory (NREL), Current Status of Concentrator Photovoltaic (CPV) Technology(Freiburg, Germany and Golden, CO: 2016), pp. 6-7.

[2] Zhang H.L. and others:  Concentrated solar plants: review and design methodology. Renewable and Sustainable energy reviews 22, 2013, pp. 466–481.

[3] Choubey P. C., Qudhia A. and Dewangan R.: A Review: Solar Cell Current Scenario and Future Trends, Recent Research in Science and Technology, 4(8): 2012, pp. 99–101.

[4] Review and Comparison of Different Solar Energy Technologies, GENI, 2011.

[5] Green M.A., Emery K., Hishikawa Y., Warta W.: Solar cell efficiency tables (version 47), Progress in Photovoltaics: Research and Applications, Volume 24,  2016, pp. 3–11.

[6] Scott and others: Cost Analysis for Flat-Plate Concentrators Employing Microscale Photovoltaic Cells, Photovoltaic Specialist Conference (PVCS), 2013 IEEE, 39th, pp. 3431–3434.

[7] De Simón-Martín M., Alonso-Tristán C. and Montserrat Díez-Mediavill: Performance Indicators for Sun-Tracking Systems: A Case Study in Spain. Energy and Power Engineering, 2014, vol. 6, pp. 292-302.

[8] Marszałek, K.  Stapiński, T.:  Rozwój cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych, Prace Instytutu Elektrotechniki, Rocznik 2014, Z. 266, Strony 199—206.

[9] Wu X.: High-efficiency Polycrystalline CdTe Thin-film Solar Cells, Sol. Energ., vol. 77, 803-814, 2004.

[10] Mattson B.: CIGS Solar Cells, Solar Power World, 2016.

[11] Weisse J. M.: Thermoelectric Generators, Introduction to the Physics of Energy, 2010.

[12] Kurtz S.: Opportunities and Challenges for Developing of a Mature Concentrating Photovoltaic Power Industry, NREL Technical Report NREL/TP-520-43208, 2009.

[13] Godlewski J.: Fotowoltaika wysokich oświetleń, Czysta Energia 1/2014, pp. 30-31.

[14] Kaysir M. D., Fleming S., MacQueen R.W., et al.: Luminescent solar concentrators utilizing stimulated emission, Optics Express Vol. 24,  2016, pp. A497-A505.

[15] Lorenzin N.,  Abánades A.: A review on the application of liquid metals as heat transfer fluid in Concentrated Solar Power technologies, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 41, 2016, pp. 6990–6995.

[16] Romero M., González-Aguilar J.: Solar thermal CSP technology, Energy and Environment, 2014, Volume 3,  pp. 42–59.

[17] Hongn M., Larsen F. S., Gea M., Altamirano M.: Least square based method for the estimation of the optical end loss of linear Fresnel concentrators,  Solar Energy 111, 2015, pp. 264–276.

[18] Rajaee M., Ghorashi S.M.B.: Experimental measurements of a prototype high-concentration Fresnel lens and sun-tracking method for photovoltaic panel's efficiency enhancemen,. Journal of Theoretical and Applied Physics, vol. 9, 2015, pp. 251-259.

[19] Fieducik J., Godlewski J.; Ekonomiczne i środowiskowe aspekty skoncentrowanej fotowoltaiki, Przegląd Elektrotechniczny nr 9/2015, pp 24-26.

[20] Dumiszewska, E.  Knyps, P.  Wesołowski, M.  Strupiński, W.:  Wielozłączowe ogniwa słoneczne, Przegląd Elektrotechniczny, 2014, Tom R. 90, nr 5, str. 215—221.

[21] Khamooshi M. i inni: A Review of Solar Photovoltaic Concentrators, International Journal of Photoenergy, vol. 2014, p.17.

[22] King R. R.: 40% Efficient Metamorphic GaInP/GaInAs/Ge Multijunction Solar Cells, Appl. Phys. Lett. 90, 183516. 2007.

[23] Kurtz S.: Multijunction Solar Cells for Conversion of Concentrated Sunlight to Electricity, Optics Express 18, 2010, p. 73.

[24] Yoon H., Banin Y.: Refractive Primary Optics Based on All-Glass Lens. Solergy, 2011.

[25] De Vos A.: Detailed balance limit of the efficiency of tandem solar cells, Journal of Physics D: Applied Physics , Vol,13, 1980, pp. 839-846.

[26] Bardhan R. A., Arup D., Mrinmoyee Ch. et al.: Black silicon solar cell: analysis optimization and evolution towards a thinner and flexible future,  Nanotechnology 2016, Volume: 27 pp. 5302-5302.

[27] Paap S., Gupta V., Cruz-Campa J. L., Okandan M., Sweatt W., and others: Cost Analysis for Flat-Plate Concentrators Employing Microscale Photovoltaic Cells, 2013,  Photovoltaic Specialists Conference pp. 3431-3434.

[28] Cost Analysis of Solar Photovoltaics, Raport International Renewable Energy Agency, 2012.

[29] Lentine, A.  Nielson G., Okandan M., Sweatt W.C. and others: Optimal cell connections for improved shading, reliability, and spectral performance of microsystem enabled photovoltaic (MEPV) modules. 35th ieee photovoltaic specialists conference, 2010, IEEE Photovoltaic Specialists Conference, pp. 3048-3054.

[30] Paap S., Nat S., Gupta V., Cruz-Campa J.S.,  Okandan M. more authors: Cost analysis for flat-plate concentrators employing microscale photovoltaic cells, 2013, IEEE 39th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). pp. 3431 – 3434.

[31] Garboushian V. and others: Integrated high-concentration PV, Near-term alternative for low-cost large scale solar electric power, Solar Energy Materials and Solar Cells 47,1997, pp. 315–323.

[32] http://www.degerenergie.de/en/higher-yield-how.html {dostęp 24.05.2016 r.}.

[33] http://www.czasopismologistyka.pl/artykuly-naukowe/send/333-artykuly-na-plycie-cd-1/7572-artykul{dostęp 24.05.2016 r.}

[34] http://odnawialnezrodlaenergii.pl/energia-sloneczna-aktualnosci/item/1098-trackery-solarne-czy-warto-sie-zdecydowac {dostęp 24.05.2016 r.}.

[35] Fathabadi H.: Novel high efficient offline sensorless dual-axis solar tracker for using in photovoltaic systems and solar concentrators, 2016, Renewable Energy Volume 95, pp. 485–494.

[36] Carpanelli M., Borelli, G., Verdilio D., De Nardis D., Migali F., Cancro C., Graditi G.: Characterization of the Ecosole HCPV Tracker and Single Module Inverter, 11th International conference on concentrator photovoltaic systems, AIP Conference Proceedings, Volume: 1679, 2015.

[37] Luque-Heredia I., Magalhães P., Muller, M.: CPV Tracking and Trackers, Handbook of Concentrator Photovoltaic Technology, Algora C., Rey-Stolle I. 2016.

[38] http://panele-fotowoltaiczne.pl/technologie-fotowoltaiczne/dwustronne-panele-fotowoltaiczne-na-ile-podnosza-oplacalnosc-inwestycji{dostęp 24.05.2016 r.}.

[39] Micheli, L.,  Fernandez E.F., Almonacid F., Mallick T.K., Tapas K., Smestad G.P.: Performance, limits and economic perspectives for passive cooling of High Concentrator Photovoltaics, Solar energy materials and solar cells, Volume, 153,  2016, pp. 164-178.

[40] Wang Z., Zhang H., Zhao W., Zhou Z.,  Chen M.: The Effect of Concentrated Light Intensity on Temperature Coefficient ofthe InGaP/InGaAs/Ge Triple-Junction Solar Cell, The Open Fuels & Energy Science Journal 8, 2015, pp. 106-111.

[41] Messmer E.R.: Cell Efficiency vs. Module Power Output: Simulation of a Solar Cell in a CPV Module. Chapter 11. 2013.

[42] Bunea G, Wilson K, Meydbray Y, Campbell M, Ceuster DD.: Low Light Performance of Mono-Crystalline Silicon Solar Cells, In: 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conference, 2006, pp. 1312–1314.

[43] McConnell R., Fthenakis V. Concentrated Photovoltaics. Third Generation Photovoltaics. 2012.

[44] Domínguez, C., Herrero, R. and Antón, I.: Characterization of CPV Modules and Receivers, in Handbook of Concentrator Photovoltaic Technology, 2016.

[45] Philipps S. P.,  Bett A., W., Horowitz K. and. Kurtz S.: Current Status of Concentrator Photovoltaic (CPV) Technology,  CPV Report, Fraunhofer ISE, NREL, January 2015.

[46] http://cdn.phys.org/newman/gfx/news/hires/2016/1-claimsforsol.jpg{dostęp 16.07.2016r.}.

[47] http://www.teraz-srodowisko.pl/media/pdf/aktualnosci/2208-Raport-rozwoj PV.pdf{dostęp 16.07.2016r.}.

[48] http://www.greentechmedia.com/content/images/articles/gtmglobal_install.png{dostęp 24.05.2016 r.}.

[49] http://renewables.seenews.com/news/global-cpv-capacity-to-hit-1-3-gw-by-2020-globaldata-495389 {dostęp 16.07.2016 r.}.

[50] http://pvportal.pl/nowosci/5755/raport-liczba-instalacji-cpv-osiagnie-w-2020-roku-1gw{dostęp 24.05.2016 r.}.

[51] Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej IRENA, Perspektywy rozwoju energii odnawialnej w Polsce 2015.

[52] Zimmermann S., Helmers H., Tiwari M.K., Michel B. Paredes S. Wiesenfarth M. Bett A.W.,  Poulikakos D.: A high-efficiency hybrid high-concentration photovoltaic system, International Journal of Heat and Mass Transfer,  2015, Volume: 89. pp. 514-521.

[53] solarwirtschaft.de{dostęp 24.05.2016 r.}.

[54] Wang U.: The Rise of Concentrating Solar Thermal Power, Renewable Energy World, 2011.

[55] Antonini A.: Photovoltaic Concentrators-Fundamentals, Applications, Market & Prospective, Solar Collectors and Panels, Theory and Applications, 2011.