Потенциалът и производителността на различните видове фотоволтаици могат да се анализират с помощта на нов софтуерен инструмент (снимка: CC0 Public Domain)
Учени от университета Суонзи са разработили свободен софтуерен инструмент, който помага за идентифициране на оптималните фотоволтаични материали за агриволтаика.
Екипът е изследвал термодинамичните граници на фотоволтаиците, базирани на органични полупроводници (OPV), и техните потенциални характеристики като агриволтаици. Като част от проекта учените са разработили безплатен и свободно достъпен софтуерен инструмент, който прогнозира светлинното предаване, абсорбцията и генерирането на енергия от различни фотоелектрични материали, използвайки географски, физически и електрически измервания.
Изследователите казват, че технологията може да се прилага почти навсякъде по света и доколкото им е известно, това е първият точен модел на ниво устройство, който предвижда границите на термодинамичните характеристики на различни полупроводници за полупрозрачна агриволтаика.
„Тази технология, която ни позволява да сравняваме много видове фотоволтаични материали, може да ни помогне да определим как да балансираме производството на храни и производството на възобновяема енергия“, казва Остин Кей, водещ автор на изследването.
Документът сочи още, че софтуерният инструмент ще бъде особено ценен за молекулярни полупроводници като органични вещества и перовскити, „където регулируемите разстояния и електрооптиката могат да бъдат манипулирани и проектирани“.
Някои фотоволтаични материали имат по-голяма ширина на улавяната честотна лента, което означава, че материалът абсорбира по-високоенергийна светлина с по-къса дължина на вълната, обикновено синя светлина, докато материалите с по-малка ширина на честотната лента абсорбират по-нискоенергийна, по-дълга дължина на вълната, обикновено червена светлина.
Такива знания могат да помогнат при избора на правилните материали за полупрозрачни агриволтаици, тъй като растителните култури абсорбират главно червена и синя светлина, за да фотосинтезират, отразявайки зелената светлина.
В заключението на научната публикация изследователите обясняват, че активните слоеве на полупрозрачните OPV трябва да са с дебелина около 100 нм за оптимална агриволтаична производителност, като точната необходима дебелина зависи от оптичните и транспортните свойства на дадено устройство.
По време на своето изследване екипът също така дефинира коефициент на покритие (CF) за разполагане на фотоволтаични клетки върху защитена структура за отглеждане на култури (т.е. оранжерия). Изводът е, че ефективността на използване на светлината (LUE), която определя количеството падаща светлина, преобразувана в електрическа енергия от PVs или предоставена на културите, на полупрозрачни агриволтаици, базирани на OPVs, е сравнима с тази на непрозрачните слънчеви клетки, които се основават на неорганични полупроводници като кристален силиций или галиев арсенид.
Разбира се, има и други данни, които имат определяща роля за избора за агриволтаика. Това включва стабилността на устройството, устойчивостта на защитената среда за отглеждане, местния климат, времето на годината и чувствителността на културата към дължината на вълната. „Никога не става дума само за максимизиране на преноса и генерирането на електроенергия“, се казва в документа.