Vanadio redox a flusso batteria integrazione CIGS moduli

gli Scienziati spagnoli IRECE Catalogna Istituto per la Ricerca Energetica e la finlandese di Aalto University hanno combinato vanadio redox a flusso batterie (VRFBs) con i mini moduli solari a base di rame, indio, gallio e selenio (CIGS) tech in un solo dispositivo, nel tentativo di approfittare della loro alta densità di energia.

I ricercatori hanno affermato che l’alta tensione dei VRFBs ha presentato una sfida per l’integrazione dei dispositivi fotovoltaici, poiché i primi aumentano continuamente lo stato di carica della batteria, mentre l’unità fotovoltaica deve corrispondere correttamente ai requisiti energetici del sistema di accumulo.

“La sfida principale da risolvere per il sistema integrato è l’abbinamento del punto di massima potenza FV e della batteria redox flow considerando il potenziale intrinseco di quest’ultimo”, hanno affermato.

Hanno integrato i mini pannelli dello specialista americano CIGS SoloPower come foto-elettrodi incorporati con le batterie, senza elettronica di potenza aggiuntiva. Il foglio CIGS è stato tagliato in piccole cellule di misura 5.1 cm2 a 5.3 cm2,. Il gruppo di ricerca li ha usati per realizzare moduli fotovoltaici a tre celle e quattro celle, che hanno definito rispettivamente “3CM” e “4CM”. I pannelli avevano diversi potenziali a circuito aperto e densità di corrente.

“Le aree geometriche finali di 3CM e 4CM erano 16 e 20.4 cm2”, hanno detto i ricercatori.

Le prove di carica/scarica fotoassistite sono state eseguite in una cella elettrochimica adattata. Il modulo CIGS è stato integrato accoppiando sul lato negativo della cella, tra la finestra di Poli(metacrilato di metile) (PMMA) e il collettore di corrente di grafite. Un elettrodo di riferimento è stato inserito nel lato negativo della cella.

Gli scienziati hanno illuminato i pannelli con un simulatore solare PEC-L01. Sia la fotocorrente generata dall’impianto fotovoltaico che il potenziale a circuito aperto nella cella sono stati seguiti con un potenziostato biologico VMP3, che controlla la tensione e misura la corrente risultante.

Gli accademici hanno affermato che il test ha mostrato che le celle CIGS avevano una tensione a circuito aperto di 0,6 V, una corrente di cortocircuito di 35 ma cm2 e un’efficienza del 10,3%.

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“Strategie di interconnessione alternative come l’interconnessione monolitica potrebbero probabilmente portare a migliori efficienze delle celle solari rispetto al metodo di tabulazione utilizzato nel presente lavoro”, hanno spiegato.

I valori di tensione a circuito aperto raggiunti per i mini pannelli erano abbastanza alti, secondo il gruppo di ricerca, per realizzare la fotocarica imparziale nel dispositivo. Tuttavia, la variazione potenziale della tensione della cella della batteria ha determinato una diminuzione della fotocorrente. Nel pannello 4CM, ha raggiunto 21%, ma ha colpito 59% nel modulo 3CM. Ciò illustra chiaramente che” il punto di funzionamento in questo sistema non è l’ottimale, quindi questo probabilmente potrebbe limitare il photocharge del VRFB”, hanno detto i ricercatori.

Il mini modulo con quattro celle collegate in serie ha ottenuto un photocharge completo e imparziale sotto l’illuminazione solare 1, che ha portato ad un’energia elevata del 77%, un’efficienza di ricarica da solare a batteria del 7,5% e un’efficienza complessiva di conversione energetica di andata e ritorno del 5,0%. Questi valori, secondo gli scienziati, hanno superato tutti i valori riportati in letteratura per i VRFB solari.

Il modulo a tre celle, che è stato testato in due diverse configurazioni della batteria, ha mostrato una piena dipendenza dal potenziale a circuito aperto della batteria e una minore prestazione di potenza, dovuta alla minore tensione della cella.

“Abbiamo dimostrato l’enorme potenziale di questo tipo di sistema di accumulo di energia personalizzando per la prima volta il fotovoltaico a film sottile commerciale, che potrebbe far luce sulla strada per il futuro sviluppo di tali batterie solari basate su configurazioni più semplici utilizzando la tecnologia già esistente”, hanno concluso gli scienziati.

Hanno presentato il loro prototipo di batteria in “Adaptation of Cu(In, Ga)Se2photovoltaics for full unbiased photocharge of integrated solar vanadium redox flow batteries”, che è stato recentemente pubblicato in Sustainable Energy & Fuels.

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