Плоскі і сферичні лінзові сонячні панелі

Сонячна енергія давно використовується для отримання електрики. Крім звичних панелей застосовують сонячні концентратори, що складаються з безлічі сферичних лінз. Такі пристрої багаторазово збільшують ефективність продуктивність батарей.

Існує кілька типів концентраторів на основі лінз Френеля (по імені їх винахідника, Августа Френеля, який ще в 19 столітті проводив досліди зі скляними призмами). У сучасних системах призматичні лінії виготовляють із пластику методом штампування. Їх найпростіші зразки в форматі 8 × 11 коштують близько 2 USD, їх можна купити в канцелярських магазинах.
Сонячні концентратори такого типу знайшли застосування в наступних сферах. По-перше, їх встановлюють поверх фотоелементів сонячних панелей. Це дозволяє у вісім разів підсилити світловий потік, а також істотно заощадити на фотоелементах арсеніду галію, зменшивши їх кількість. По-друге, концентратори необхідні для забезпечення роботи сонячних печей. Вперше це знайшло застосування в Каліфорнії, в 1998 році: тоді за допомогою концентраторів забезпечувався електроенергією невеликий будинок.
Вчені з Петербурга пропонують нового типу сонячні панелі, при виготовленні яких використовувалися сонячні концентратори. Проводилося тестування обладнання, яке показало його ефективність. Цією проблемою займалися також фахівці німецької компанііFlatCon, які змогли домогтися збільшення ефективності обладнання на 40%, хоча на первинних випробуваннях ККД не перевищувала 28,5%.
Масштабним впровадженням лінзових сонячних панелей займалася відома компанія SolFocus. Головним її успіхом стала розробка компактної моделі, на виробництво якої було потрібно менше, ніж зазвичай, кількість кремнію. Для концентрації сонячного світла використовувалися дзеркала і лінзи. Це дозволяло до 500 разів збільшити одержувану ззовні енергію (за рахунок більш активної експлуатації фотоелементів), а головне - здешевити виробництво електроенергії майже на 40%. Компанія SolFocus протягом 5 років залучила 230 млн. USD інвестицій та успішно провела кілька серйозних проектів. Однак, подальша діяльність компанії з невідомих причин зупинена.
Сферичні лінзи - далеко не ноу хау: ще в 70-х роках над їх створенням працювали вчені США, Німеччини, Франції та Японії. Деякі розробки були запатентовані. А історія вітчизняних досліджень в цьому напрямку веде нас в уже далекий 1988: тоді в Ленінграді (нинішній Петербург) працювали над створенням концентраторів з використанням призм, сфер і лінз багато вчених спеціально створеного наукового центру.
Серед сучасних досягнень можна відзначити успіх Андре Броессела, архітектора з Німеччини, який за допомогою сферичного концентратора збільшив ККД сонячної панелі на 35%. Броессел наповнив водою скляну кулю і таким чином виявив, що сонячна енергія може в ньому посилюватися в 10 тисяч разів. Однак, практичне використання таких моделей обмежена їх значною вагою: для їх установки на даху знадобляться спеціальні несучі конструкції. У той же час незаперечно їх перевага: сонячне світло буде сконцентрований, під яким кутом би не падали на пристрій його промені. Отже, відпадає необхідність застосування стежать за траєкторією сонця пристроїв.
Здешевлення виробництва сонячних панелей на основі фотоелементів знижує попит на сферичні концентратори. Але їх здатність збирати сонячне світло навіть в темний час доби дуже важлива при необхідності здійснення цілодобової генерації електроенергії.