Tesselliertes Photovoltaik-Array mit Sonnennachführung für den Einsatz in Bereichen mit eingeschränktem Platzangebot

Wissenschaftler in Südkorea haben ein formwandelbares 3D-PV-System auf der Grundlage von tessellierten Solarzelleneinheiten hergestellt, das angeblich eine ideale Lösung für städtische und ländliche Umgebungen mit begrenzten Flächen für den Einsatz von Photovoltaik ist.

Das vorgeschlagene System basiert auf Formgedächtnislegierungskomponenten, die als Aktuatoren fungieren, basierend auf der Solarzellentemperatur, um die Form des Arrays als Reaktion auf die Sonne automatisch anzupassen's Position, ohne Bedarf an Maschinen."Die Querschnittsfläche senkrecht zum einfallenden Licht nimmt zu, wenn der Aktuator die Paneele abflacht, wodurch ein automatischer Sonnennachführungseffekt ermöglicht wird." erklärten die Forscher."Darüber hinaus kann dieses Solar-Tracking-Konzept auf tessellierte Module angewendet werden, die den Vorteil haben, dass sie weit verbreitete kommerzielle Solarzellen aus kristallinem Silizium (Si) verwenden."

Laut dem Forschungsteam kann das PV-System aufgrund der kürzeren Schattenlänge und des bifazialen Effekts, der bei der Formwandlung entsteht, die Stromausbeute über einen Tag um 60 Prozent im Vergleich zu einem fest installierten Flachbildschirm steigern."Direktes Licht wird auf einigen Oberflächen effektiv gesammelt und gestreutes und reflektiertes Licht wird auf anderen Oberflächen gesammelt, ein Effekt, der bei Solarmodulen, die herkömmliche Nachführsysteme verwenden, nicht erzielt werden kann." betonten sie.

Die Solarzellen wurden in verschiedene Formen wie Rechtecke, gleichseitige Dreiecke und rechtwinklige Dreiecke geschnitten, wobei Silikonkautschuk oder ein Metallgitter als Rückgrat verwendet wurde, um die 2D-Bogenform zu erzeugen. Die Zellen wurden in regelmäßigen Abständen auf dem Backbone-Streifen platziert und mit Metalldraht oder Textilelektroden und Löten verbunden. Die Formgedächtnislegierungsstreifen wurden aus einer Nickel-Titan-Formgedächtnislegierung hergestellt und auf die Oberfläche jedes Solarzellenpanels aufgebracht. Die tessellierten Solarzellen wurden dann unter Verwendung eines Gehäuseverfahrens in ein Silikonmaterial eingekapselt.

Die Forscher wiesen darauf hin, dass in den tessellierten Modulen die Transformation der Solarzellenanordnung durch die Formgedächtnislegierungskomponenten zwischen den tessellierten Einheiten und in den Verbindungsräumen ausgelöst wird."Daher ist die Temperatur der Formgedächtnislegierungskomponenten zwischen den Solarzellenoberflächen wichtiger als die Temperatur der Oberflächen selbst," sagten sie auch."Die Temperaturen der Formgedächtnislegierungskomponenten, die sich zwischen den Solarzelleneinheiten in einem Abstand von 3 mm von der Zelloberfläche befinden, und die des Verbindungsrückgrats folgen einem ähnlichen Trend wie die Temperatur der Solarzellenoberfläche, jedoch mit Werten, die sind 2–6 GradC niedriger."

Das Gerät wurde unter Standardbeleuchtungsbedingungen getestet und seine Leistung wurde mit der herkömmlicher feststehender Flachbildschirme verglichen. Die Systemeffizienz wurde basierend auf der maximalen Ausgangsleistung des Arrays pro installierter Flächeneinheit bewertet.

Es wurde festgestellt, dass die Ausgangsleistung der tessellierten Solarzellenarrays mit zunehmendem Einfallswinkel (AOI) abfällt oder abnimmt, wenn sie dem Kosinus des AOI folgt."Die überlegene Sonnennachführungsleistung der formtransformierbaren 3D-tesselierten Solarzellenarrays wurde jedoch durch die AOI kaum beeinträchtigt." spezifizierte die koreanische Gruppe und stellte fest, dass die auf der installierten Fläche basierende Effizienz durch die formwandelbare Sonnennachführung in allen Fällen erhöht wurde."Die Effizienz formveränderbarer tessellierter Solarzellenarrays in Bezug auf die Installationsfläche kann im Vergleich zu flachen feststehenden Solarmodulen eine überlegene omnidirektionale Leistung bieten."

Engwinklige dreieckförmige Solarzellen zeigten die beste Leistung im kurzen Bogen und boten eine überlegene Leistung bei omnidirektionalem Einfallslicht."Der Teil des Arrays, der während der Formumwandlung selbst beschattet wird, fungiert als Rückseite eines bifazialen Photovoltaikmoduls und bietet formveränderbare tessellierte Solarzellenarrays mit den Vorteilen sowohl eines Solar-Tracking-Systems als auch eines bifazialen PV-Moduls." schlossen die Wissenschaftler."Diese Studie stellt das Konzept formveränderbarer Photovoltaikmodule vor; viele weitere Forschungsgebiete bleiben, darunter ein effizientes Energiemanagement jeder Zelle und 3D-Designs, die für spezifische Anwendungen geeignet sind."

Die Zelltechnologie wurde in dem Papier vorgestellt"Automatisierte formtransformierbare selbstsonnennachführende tessellierte kristalline Si-Solarzellen unter Verwendung von In-situ-Formgedächtnislegierungsaktuierung," in wissenschaftlichen Berichten veröffentlicht. Die Forschungsgruppe wird von Wissenschaftlern des Korea Electrotechnology Research Institute und der University of Science and Technology gebildet.