В настоящее время ученые со всего мира работают над снижением стоимости фотоэлектрических преобразователей с одновременным повышением их эффективности. Главным образом усилия научного сообщества сконцентрированы на поиске новых материалов, использование которых в условиях существующих технологий позволило бы добиться требуемого результата. Вместе с тем, многие специалисты до сего времени уделяли недостаточное внимание компоновке и размещению фотоэлектрических элементов, принимая за идеальное размещение их на крышах и других плоских поверхностях с использованием автономных металлических конструкций, обеспечивающих поворот батареи к солнцу под оптимальным углом.
Группа специалистов из Массачусетского технологического института попробовала взглянуть на проблему современных фотоэлектрических элементов под другим углом. Было проведено масштабное исследование, целью которого было определение степени влияния формы панелей на их эффективность, в ходе которого трехмерные структуры из плоских панелей показали выдающиеся результаты.
Полученный результат поразил ученых – панели идентичных размеров, собранные в упорядоченные трехмерные структуры показали от двух до двадцати раз большую эффективность генерации электрической энергии, чем при размещении в плоскости. Не секрет, что отдача фотоэлектрических элементов в пасмурные дни, а также в удаленных от экватора местах и в зимнее время, ощутимо снижется. Наибольшая разница выработки энергии трехмерными и плоскими фотоэлектрическими элементами наблюдалась именно в данных случаях.
На начальном этапе исследования было применено компьютерное моделирование, которое, благодаря совершенным алгоритмам, позволила в сжатые сроки протестировать огромное количество возможных конфигураций. Также была разработана специальная компьютерная программа, которая позволяла производить предварительную оценку эффективности того или иного расположения с учетом большого числа различных параметров, начиная от географического расположения и освещенностью. Полученные при помощи моделирования данные были проверены на практики. На крыше здания университета специалистами были возведены три различные трехмерные структуры, тестирование которых продолжалось в течение нескольких недель.
Ученые также отметили, что трехмерное расположение в вертикальной плоскости фотоэлектрических панелей усложняет их производственный процесс, в результате чего конечная стоимость установки оказывается выше, чем при традиционном расположении. Однако эта разница может быть компенсирована возросшей эффективности, а также более равномерной выработкой энергии, что является одним из главных недостатков традиционных фотоэлектрических элементов.
Кроме того, солнечные панели с трехмерной компоновкой более предсказуемые в отношении вырабатываемой мощности, что в значительной степени облегчают их внедрение в уже существующие электрические сети.{odnaknopka}