En ny modell som visar hur solpaneler mer effektivt kan utnyttja både elektrisk och termisk energi genom att ta itu med frågan om hotspots på solceller har utvecklats som en del av en internationell studie som involverar Londons Kingston University.

Solenergi utgör en viktig del av Storbritanniens färdplan för förnybar energi, efter de senaste åtaganden om att minska globala utsläpp för att hantera klimatförändringarna. Regeringen siktar på att nå nettonoll år 2050, med nya hybridtekniker som gör solenergi allt mer kommersiellt gångbart.

Vid sidan av solcellssystem som omvandlar solljus direkt till elektricitet, kan spillvärme också samlas in som termisk energi genom dessa hybridsystem för användning i varmvattenapplikationer eller för att driva kylsystem som luftkonditionering. Detta kan ha en betydande roll att spela för att minska utsläppen, särskilt i varma länder.

I en ny artikel publicerad i Journal of Energy Conversion and Management , forskare från Kingston University, University of Exeter, Indian Institute of Technology Madras och Academy of Scientific and Innovative Research, Indien, modellerade effektiviteten hos ett hybrid, solcellsvärmesystem som använder en extra spegel för att förbättra prestandan.

För att skapa tillräckligt höga temperaturer för att vara användbara i solcellsvärmesystem måste solljuset koncentreras eller fokuseras med hjälp av sammansatta paraboliska koncentratorer - böjda, parabolformade speglar placerade på vardera sidan av solpanelerna. Mängden solljus som träffar panelerna kan dock variera, vilket skapar hotspots som avsevärt påverkar den totala produktionen och kan få solceller att gå sönder.

I den nya studien modellerade forskare prestandan hos ett sådant system som använder en extra vertikal spegel som en homogenisator för att fördela det koncentrerade solljuset jämnare över cellerna. Modellen visade hur detta tillägg förbättrade den elektriska effekten – med en ökning på 12 % jämfört med standardsammansatta parabolkoncentratorn – och med termisk prestanda som också ökade med mellan en till två procent.

De lovande resultaten gav en inblick i hur hybridsystem kan hjälpa till att göra solpaneler mer kostnadseffektiva och kommersiellt gångbara för en rad olika användningsområden i framtiden, sa Kingston Universitys expert på förnybar energi, Dr. Hasan Baig.

"Syftet med dessa system är att få högkvalitativ termisk energi, som kan användas i ett brett utbud av varmvattenapplikationer och kylsystem, tillsammans med hög elektrisk effekt som kan driva maskiner eller gå direkt in i hushållen. Utmaningen, när man optimerar en system för att utnyttja båda typerna av energi, är att du vanligtvis bara får låggradig termisk energi som inte når de erforderliga temperaturerna", sa han.

Dr. Baig sa att forskargruppens modell exakt hade förutspått den förbättrade prestandan som kan uppnås genom att mer jämnt fördela koncentrerat solljus som träffar panelerna med en homogenisatorspegel. Tidigare modeller hade använt beräkningar baserade på genomsnittlig strålning, som inte hade beaktat den indirekta påverkan hotspots hade på den totala effekten, förklarade han.

"Om vi ​​kan utvinna mer energi ur solsystem, samt minska det utrymme som behövs på hustaken för paneler, kan det ha en verklig inverkan på att minska hushållens utsläpp genom användning av rena energikällor, både i Storbritannien och i länder som Indien, där luftkonditionerings- och kylenheter är mycket efterfrågade", tillade han.