Фотоэлектрический датчик с двусторонней светочувствительностью для мониторинга энергетического ресурса солнечного излучения

Точные и надёжные измерения суммарного потока солнечного излучения позволяют оценить эффективность использования наземных автономных фотоэлектрических систем энергообеспечения в различных метеорологических условиях. Это даёт возможность более точно прогнозировать во времени объемы выработки энергии, параметры аккумуляторных и ёмкостных накопителей и сроки окупаемости затрат. Целью настоящей работы являлось создание полупроводниковой структуры и технологии фотоэлектрического преобразователя с двусторонней светочувствительностью и экстремально высокой эффективностью использования альбедо. Разработан фотоэлектрический датчик измерения интенсивности солнечного излучения с двусторонней светочувствительностью, который, в отличие от традиционных термоэлектрических пиранометров, является малоинерционным, а его спектральная чувствительность может быть достаточно близкой к этому показателю у силовых фотопреобразователей солнечных электростанций. Это позволило оценивать уровень инсоляции, способный быть полностью преобразованным в электрическую энергию, отрезая при этом неэффективную теплообразующую длинноволновую часть солнечного спектра. Практически реализовано создание лабораторного измерительного стенда для проверки работоспособности датчика. Проведены моделирование и экспериментальные исследования характеристик датчика, подтверждающие адекватность модели и его работоспособность. Двусторонняя светочувствительность датчика позволяет одновременно с прямой и рассеянной составляющими солнечного излучения контролировать составляющую, отражённую от поверхности земли, давая более полную информацию об энергетическом потенциале Солнца в месте расположения фотоэлектрической системы электроснабжения.

1. Основы солнечной энергетики [Электронный ресурс]. Режим доступа :http://pvcdrom.pveducation.org/RU/index.html. Дата доступа 20.09.2018.

2. Сайт компании KIPP&ZONEN [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.kippzonen.com/ProductGroup/3/Pyranometers.

3. Сайт компании INGENIEURBÜRO Mencke & Tegtmeyer GmbH [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ib-mut.de.

4. Cuevas А. The early history of bifacial solar cells. Proceedings of the 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2005, рр. 801–805.

5. Caruso M. Experimental Investigation and Characterization ofInnovative Bifacial Silicon Solar Cells / М. Caruso [et al.] // International Journal of Renewable Energy Research, 2019, vol. 9, no. 4, pp. 1996–2002. DOI: 10.20508/ijrer.v9i4.10029.g7805

6. Zhang C. Bifacial p-Type PERC Solar Cell with Efficiency over 22 % Using Laser Doped Selective Emitter / C. Zhang [et al.] // Energies, 2020, no. 13, vol. 6, pp. 1388–1400. DOI: 10.3390/en13061388

7. Kopecek R. Bifacial Photovoltaics 2021: Status, Opportunities and Challenges / R. Kopecek, J. Libal // Energies, 2021, vol. 8, no. 14, pp. 2076–2092. DOI: 10.3390/en14082076

8. Guerrero-Lemus R. Bifacial solar photovoltaics – A technology review / R. Guerrero-Lemus, R. Vega, Taehyeon Kim, L.E. Amy Kimm // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, vol. 60, pp. 1533–1549. DOI: 10.1016/j.rser.2016.03.041

9. Guerrero Pérez J, Torrano Carrillo J, Carpio Obre J, Teruel Hernández J. A. Patent ES, no. 4, 167, 472 A1, 2023.

10. Kim S. D., Bunea G. USPatent, no.20,140,116,495 A1, 2014.

11. Woo T, Yu J, Kim T, Lee E, Mun S., Hong J, Electronics INC. US Patent No.20,120,048,353 A1, 2012.

12. Заддэ В.В., Пинов А.Б., Тимербулатов Т.Р., Тимербулатов В.Т., Токарев В.Е. Конструкцияиспособ изготовления кремниевого фотопреобразователя с двусторонней фоточувствительностью. Патент RU 2432639. Бюл. 2011. № 30

13. Фотоэлектрический преобразователь с двусторонней светочувствительностью: пат. 13086 U, Респ. Беларусь: МПК (2006) H 01Q 17/00 / Василевич В.П., Збышинская М.Е.; заявл. 29.04.2022; опубл. 30.12.2022. – 5 с.

14. Garrod A. A review of bifacial solar photovoltaic applications. Front / A. Garrod, A. Ghosh // Energy, 2023, no. 17, pp. 704–726. DOI: 10.1007/s11708-023-0903-7