Новые солнечные батареи без солнца – Солнечные батареи нового поколения — полный обзор видов. Жми!

Совет специалистов: чтобы сэкономить время, нервы и деньги, покупайте солнечное оборудование в специализированных магазинах и на проверенных сайтах.

Новые разработки

С каждым днем технологии стремительно развиваются, и производство солнечных моделей не стоит на месте. Предлагаем ознакомиться с последними новинками на рынке солнечных систем.

Солнечная черепица

Солнечная черепицаДабы не испортить эстетику кровли дома и при этом получать бесплатную энергию солнца, можно рассмотреть вариант с покупкой солнечной черепицы. Этот отделочный материал состоит из достаточно прочного корпуса и встроенных фотоэлементов.

Кровельное покрытие вырабатывает достаточно энергии, которую можно использовать в бытовых условиях. При использовании такого материала-оборудования можно питать отдельно выделенную электросеть или сбрасывать электроэнергию в общую сеть.

В любом случае общие затраты на электроэнергию снижаются.

Лидером по производству солнечной черепицы является компания из России — «Инноватикс». Вот уже более десяти лет она продает высококачественные отделочные материалы со встроенными фотоэлементами.

Интересно, что такую черепицу тяжело отличить от обычного кровельного материала даже при близком расстоянии.

Преимущества солнечной черепицы:

1. Полупроводниковый материал, который используется при соединении фотоэлементов, сократили в 4 раза.
2. Инновационная система фокусировки солнечного света позволяет получать в 5 раз больше энергии.
3. Средний срок эксплуатации солнечной черепицы составляет 20 лет.
4. Относительно небольшой вес черепицы не имеет негативного давления на кровлю.
5. Прочность солнечной черепицы позволяет ее использовать при любых погодных условиях. Черепица спокойно выдерживает град и другие осадки.
6. Простота креплений позволяет надежно устанавливать черепицу в самые короткие сроки.

Солнечное окно

Солнечное окноБуквально три года назад на рынке солнечных технологий появилась новая разработка американских конструкторов из «Pythagorus Solar Windows». Суть инновации в том, чтобы использовать оконное стекло в качестве панели, добывающей солнечную энергию.

Подобные панели по полной используют в высотках европейских городов. Это позволяет существенно экономить электроэнергию.

Технология солнечных окон представляет собой использование фотоэлементов в виде кремниевых полос, встроенных между стеклами. Помимо того, что окна будут вырабатывать дополнительную электроэнергию, в дополнение окно будет защищать комнату от перегрева, задерживая солнечный свет. Внешне солнечные окна похожи на привычные жалюзи.

Другой производитель солнечных окон «Solaris Plus» предлагает использовать специальные стекла, обработанные специальным кремниевым напылением. Полосы будут преобразовывать солнечные лучи в электроэнергию, которая будет питать АКБ через полупрозрачные проводники.

Гибридные фотоэлементы

Фотоэлемент фиксируется с пироэлектрической пленкой и соединяется с термоэлектрическим оборудованием, способным преобразовывать тепло в электрический ток.

Тестирование новой гибридной технологии показало, что новая термическая пленка способна вырабатывать в 10 раз больше электроэнергии, чем стандартная солнечная панель.

Системы на основе биологической энергии

Но разработки не останавливаются, а ученые обещают, что в ближайшем будущем получать энергию от биологических солнечных систем.

Варианты таких батарей впечатляют:

1. Лампа дневного света, работающая от обычного лесного мха.
2. Электростанции в виде больших листьев.
3. Панели из растений для домашнего пользования.
4. Мачты из растений, из которых будут добывать электроэнергию и многое другое.

Надеемся на то, что в скором будущем гелиосистемы нового поколения будут использоваться по максимуму. Это даст возможность обеспечить электроэнергией каждый дом на планете, без вреда для окружающей среды.

Смотрите видео, в котором рассказывается о солнечных батареях нового поколения:

teplo.guru

Новые солнечные элементы устроили революцию в альтернативной энергетике — Российская газета

Принципиально новый солнечный элемент, созданный в лаборатории НИТУ «МИСиС» под руководством приглашенного профессора из Университета Техаса Анвара Захидова, будет стоить в три раза дешевле лучших аналогов из кремния. А при массовом производстве разница станет 4-6-кратной. Это сулит настоящий прорыв в солнечной энергетике.

Впрочем, уже сегодня она бурно развивается, а планы вообще грандиозные. Так, Европа намерена к 2020 году довести вклад Солнца в общий объем электропотребления до 25 процентов, а к 2040 году до 40 процентов. Не менее амбициозные планы и у США: к 2020 году выработка солнечной электроэнергии в стране должна составлять 25 процентов.

Словом, ведущие страны делают ставку на Солнце. Правда, с одной оговоркой: пока она нуждается в серьезной подпорке государства. Ей предоставляются самые льготные условия для интенсивного развития.

Впрочем, высокая цена по сравнению с традиционными источниками энергии не единственный минус солнечного ватта. Само получение кремния, из которого изготавливаются солнечные батареи, создает массу проблем. Оно токсично, дорого, требует много энергии. Более того, такими батареями неудобно пользоваться: они жесткие, тяжелые и хрупкие, для установки нужны специальные прибамбасы. Словом, с ними много возни. Совсем другое дело — батарея гибкая. Ее можно раскатать как рулон на любой изогнутой поверхности. Что сразу расширяет сферы применения. Именно такие солнечные элементы впервые в России созданы учеными и инженерами МИСиС.

— В них вообще нет кремния, что и позволило придать батарее необходимую гибкость, — объясняет сотрудник лаборатории Данила Саранин. — Это тандем из материала, который называется перовскит, и полупроводниковых полимеров. В отличие от дорогого кремния перовскит стоит копейки. Но главное преимущество такого тандема даже не в этом. Технология изготовления батареи из кремния очень сложна, для нее требуются глубокий вакуум и дорогостоящее оборудование. А наш метод намного проще и дешевле. Фактически солнечные элементы можно печатать на простых устройствах.

Старт перовскитной электронике дали японцы, которые впервые создали солнечный тандем с КПД 3,9 процента. В мире сразу же оценили перспективы, в гонку включилось множество ведущих зарубежных лабораторий, и сейчас КПД уже достиг 21,3 процента. Но если для кремния эта цифра почти близка к пределу его возможностей, преодолеть который не позволяют законы физики, то солнечный тандем способен на большее. Дело в том, что кремний собирает только небольшую часть видимого солнечного спектра, а тандем практически весь. Здесь и лежат перспективы роста.

— Кроме того, мы намерены еще больше повысить КПД за счет своего другого ноу-хау, — говорит Саранин. — Если совсем просто, то суть в следующем. Наш элемент состоит из восьми слоев, то есть похож на сэндвич. Зачем столько? Свет не сразу превращается в электрический ток, для этого ему требуется пройти несколько каскадов преобразований. Так вот наши конкуренты соединяют все эти слои последовательно, плюс к минусу. Мы предложили иной вариант — соединять параллельно, плюс к плюсу, минус к минусу. Как показали эксперименты, это позволяет существенно поднять КПД.

Сейчас ученые тестируют полученный солнечный элемент, а уже в будущем году намерены приступить к его промышленным испытаниям.

Инфографика РГ/Антон Переплетчиков/Михаил Шипов/Юрий Медведев

rg.ru

Солнечные батареи нового поколения

Экология потребления.Наука и техника:Швейцарские физики продемонстрировали работу нового поколения солнечных батарей, обладающих рекордно высоким КПД и при этом остающихся достаточно дешевыми по сравнению с обычными фотоэлементами.

Швейцарские физики продемонстрировали работу нового поколения солнечных батарей, обладающих рекордно высоким КПД и при этом остающихся достаточно дешевыми по сравнению с обычными фотоэлементами.

Пленки из аналога необычного природного минерала помогли физикам из Швейцарии создать новый вид дешевых солнечных батарей, преобразующих рекордные 20% энергии солнечного света в электричество, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«Лучшие прототипы солнечных батарей на перовскитах используют особые материалы, которые очень сложно изготовлять и очищать. Их минимальная стоимость составляет около 300 евро за грамм вещества, что делает невозможным их коммерческое использование. Для сравнения, наше вещество, FDT, легко изготовлять и оно в пять раз дешевле, и при этом обладает теми же качествами», — заявил Мохаммад Назируддин (Mohammad Nazeeruddin) из Федеральной политехнической школы Швейцарии в Лозанне (EPFL).

В последние годы ученые создали несколько экзотических материалов, позволяющих увеличить эффективность солнечных батарей в несколько раз. В частности, внимание физиков все больше привлекает минерал перовскит и его синтетические аналоги, тонкие пленки которого являются полупроводниками, хорошо преобразующими энергию света в электричество.

Большинство свето-поглощающих материалов обладают симметричной кристаллической структурой, что и позволяет электронам свободно течь в разные стороны. Перовскит имеет кубическую кристаллическую решетку, образованную атомами одного металла. Внутри каждого куба находится восьмигранник, образованный атомами кислорода, внутри которого «сидит» атом другого металла.

Взаимодействие между этими атомами заставляет электроны течь в едином направлении, благодаря чему солнечные батареи на базе перовскита обладают крайне высоким КПД, около 12-15%. Назируддин и его коллеги смогли достичь еще более высокого уровня эффективности, не повышая стоимости батареи, создав вещество FDT.

Оно относится к категории так называемых «переносчиков дырок» – особых субстанций, помогающих удалять положительные заряды, так называемые «дырки», из пленки перовскита после того, как в нее попадают частицы света и «выбивают» из нее электроны. По своей химической структуре FDT представляет собой небольшую молекулу ароматического углеводорода, похожую по форме на бабочку с крупными крыльями.

Кончики крыльев этой «бабочки» цепляются за поверхность пленки из перовскита, а ее нижняя часть взаимодействует с атомами йода, служащими источником «дырок» и электронов, и заставляют их быстрее возвращаться в рабочее положение после того, как свет выбьет очередной электрон из кристалла перовскита.

Благодаря ее необычным свойствам, солнечная батарея, покрытая тонким слоем FDT, способна достичь рекордного на сегодняшний день показателя КПД – свыше 20,2%, что чуть выше, чем у солнечных батарей на базе более дорогих «переносчиков дырок». Как надеются ученые, их открытие приблизит нас к появлению действительно эффективных «зеленых» источников энергии. опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

econet.ru

Солнечные батареи продолжают совершенствоваться

Кто запретит нам мечтать!

Всё чаще учёными рассматривается вечный двигатель как один из видов альтернативных источников энергии, возобновляемых природой безвозмездно. Если брать точку зрения закона сохранения энергии, тогда такой двигатель невозможен. Но названный закон действует только для замкнутых электрических сетей.

Мы подключаем электроприбор в сеть вилкой двумя проводниками. Подключи один — электротока не будет, потому что цепь не замкнута. А Николо Тесла, сербский учёный, ещё в начале прошлого века продемонстрировал передачу тока по одному проводнику. И был уже на пороге открытия передачи тока вообще без проводов. Тем самым, учёный доказал, что вечный двигатель возможен, но при условии разомкнутой сети.

Тесла одним из первых понял, что Земля и околоземное пространство представляют из себя незамкнутую электрическую сеть. Значит, закон сохранения энергии при такой сети не действует и есть возможность получать из космоса неиссякаемую энергию и приводить в движение вечные двигатели. Впервые воочию учёный продемонстрировал свою идею в 1931 году на бесшумном автомобильном электродвигателе и ездил целую неделю без аккумуляторов и зарядных устройств.

Современники ему не поверили. Учёного обозвали шарлатаном. Типичный пример для любой эпохи, когда человека, опережающего своё время в открытиях или идеях, завистники или шельмуют, или заключают в психушку. Слава Богу, чаша сия миновала Тесла, но ненормальным его считали до конца его дней и шельмованию он подвергался постоянно.

Однако, и поныне есть скептики, не верящие ни в какие чудеса. По их мнению, природные двигатели существуют, но их нельзя назвать «вечными», потому что они не постоянны. Сейчас всё крутится-вертится, через час ветер затих, солнце скрылось за облака или наступила ночь и «вечный» двигатель замолчал. Другое дело гидроэлектростанция, или атомная – там есть возможность получить «вечный» двигатель на продолжительное время, но назвать его абсолютно вечным тоже нельзя.

По большому счёту, правомерность вечных двигателей не стыкуется с Законом сохранения энергии, который до сих пор не опровергнут ни одним из известных лабораторных экспериментов. Таково мнение скептиков.

Между прочим, вы сами можете сделать вечный двигатель:

Так что, теперь и мечтать нельзя, как это успешно делал Николо Тесла? Он мечтал о передаче электроэнергии на большие расстояния без проводов и разрабатывал новые подходы к решению данной проблемы. Ему удавалось включать и выключать электродвигатель на значительном удалении от него, включать лампочки без всякой проводки. Это происходило в 1892 году, а секреты великого учёного не разгаданы до сих пор.

Ищем слабые места в законе

Закон сохранения и превращения энергии в свободной интерпретации трактуется так: в любых природных явлениях энергия просто так не возникает и не исчезает. Она переходит из одного вида в другой, но при этом её значение уменьшается. И немыслимо думать ни о каком вечном двигателе без приложения постоянных дополнительных усилий.

Но люди веками ищут возможность создания вечного двигателя. Вот примеры нескольких изобретений:

Учёные ломают головы над тем, как бы обойти этот тормозной закон и двинуть науку на службу человечества по пути, который нащупал Николо Тесла 122 года тому назад и унёс с собой в могилу свои секреты. Как найти эти природные «дополнительные усилия», чтобы без участия человека с помощью возобновляемых источников энергии заработал вечный двигатель?

Кое что учёными в этом направлении уже сделано. Институт имени А.Иоффе в Петербурге открыл центр по изготовлению тонкоплёночных солнечных батарей, способных вырабатывать энергию не только при прямом воздействии солнечных лучей, но даже при инфракрасном излучении. Значит, — ночью.

Зацепка найдена, которая может привести к тому, что на законе сохранения энергии можно будет в ближайшем времени поставить жирный крест. К такому же мнению пришли и учёные из подмосковной Дубны, речь о которых в следующем разделе.

До утренней встречи, солнце!

Почему у нас в стране использование солнечной энергии на таком низком уровне? Да и мир не может гордиться преобладающим обузданием возобновляемой солнцем энергии. В чём причина?

Солнце здесь не причём. Во-первых, до настоящего времени человеческое сообщество не научилось превращать дневной свет в электрический ток с должным КПД. Во-вторых, выпускаемые солнечные батареи работают только днём и в ясную солнечную погоду. И, в-третьих, не изобретены ещё эффективные и безопасные аккумуляторы для достаточного накопления энергии, которой хватит до следующего светового дня. А что тогда делать в мёрзлой тундре, территория которой в нашей стране огромна? Там ведь до восхода солнца полгода надо ждать!

Но, к счастью, о таком положении дел можно теперь говорить в прошедшем времени. В подмосковной Дубне был продемонстрирован первый образец принципиально нового фотоэлемента. Он-то и стал главным компонентом солнечной батареи, авторами которой являются учёные центра института ядерных исследований. Новая батарея не имеет себе подобных, а внедрение открытых фотоэлементов приведёт к настоящей технической революции в освоении солнечной энергетики.

Пару слов надо сказать о принципе работы новой солнечной батареи. Она состоит из так называемого гетероэлектрического фотоэлемента, который одинаково хорошо действует как в видимом, так и в инфракрасном излучении. Кроме того, новая батарея снабжена гетероэлектрическим конденсатором, обладающим значительной емкостью, имея при этом малый объём.

Результат превзошёл все ожидания российских учёных. Если КПД старых фотоэлементов составлял 5, максимум 7%, то для батарей с использованием новых фотоэлементов результат ошеломляющий. Он может достичь 30% и выше. Мало того, изделия имеют уникальную способность работать даже ночью, прекрасно реагируя на инфракрасное излучение.

Появилась возможность утверждать, что скоро вступят в строй не только солнечные батареи, но и «звездные», способные извлекать электроэнергию в любое время суток и спокойно, в рабочем ритме встречать утреннее солнце, сколько бы ни длилась ночь. И с новой силой заряжаться на будущую бесперебойную работу. Чем не вечный двигатель, работающий на возобновляемой энергии!

Мнение сомневающегося:

«Вот это глобальные перспективы! Появится возможность на даче установить солнечные батареи! Да плюс энергию ветра использовать!

Но, на мой взгляд, массово не будут внедряться экологически чистые источники. «Углеводородистым» магнатам такое не по вкусу. Они будут продолжать травить всех и самих себя химией и грести бабки на наших болезнях. Им здоровая нация не нужна. Потому что она станет неуправляемой»!

Мнение здравомыслящего:

«На первый взгляд, можно утвердиться во мнении, что гетероэлектрические элементы солнечных батарей — это сплошная фантазия. Но такое впечатление ошибочное. Яростное сопротивление монополий говорит об обратном. Значит, за новыми солнечными батареями большое будущее, если богачи не на шутку всполошились».

Мнение пессимиста:

«Гетероэлектрики, бесспорно, могут привести мир к геополитическому переделу. Но этого не допустят! Интересы политиков и денежных мешков не дадут оторваться от потребления углеводородного сырья. Слишком большие ставки сделаны. Владельцы полезных ископаемых горло перегрызут за своё безбедное существование».

Мнение оптимиста:

«Это, конечно, безрадостно, но отчаиваться не следует. Сегодня интернет вполне позволяет изобретателям нашей страны, да и всего мира, объединиться и общими усилиями думать над проектами, внедрять их в производство, находить спонсоров и т.д. Не исключена и такая возможность, что вал народной инициативы с головой накроет бюрократическую волокиту и появятся работающие модели. Тогда процесс станет необратимым».

Источник – Блог «Экология в России» Льва Миролюбова из Ижевска.

«Здравствуй племя, младое, незнакомое»

Речь не о людях, а о новом поколении солнечных батарей. Ученым удалось разработать такие батареи, которые способны получать электричество из солнечной энергии даже тогда, когда солнце спрячется в облаках или зайдёт до утра за горизонт.

Знакомьтесь – пластичные солнечные батареи! Их можно наносить на раму как краску, или наклеивать в виде плёнки. Их главное достоинство — они способны улавливать инфракрасное излучение. Это значит, работать ночью так же эффективно, как и днём. Согласитесь, — немалый шаг на пути к прогрессу!

Существующие материалы для изготовления традиционных солнечных батарей улавливали лишь видимый солнечный свет, хотя другая большая часть излучения находилась в инфракрасном спектре.

Изобретённый материал – такой пластичный состав, который способен реагировать как на инфракрасную, так и на видимую часть спектра. Благодаря таким конструкциям появилась возможность улавливать значительный объём солнечной энергии и вырабатывать электроэнергию.

Но и это не самое важное. С внедрением в производство солнечных батарей нового поколения с применением необычного материала стоимость изделий резко снизилась, что даёт надежду массового использования возобновляемых источников в виде энергии солнца.

Российским нанотехнологиям – быть!

Ранее солнечные батареи изготавливались на кремниевой основе. А кремний получали методом разложения взрывоопасного газа силана. Его молекула содержит один атом кремния и четыре атома водорода. Учёные добились замены чистого кремния на получение тетрафторида кремния, что исключило всякую опасность при изготовлении изделия.

При новой технологии можно менять состав кремния, улучшая тем самым его электрические свойства. Такие образцы уже получены в Нижнем Новгороде, что дало возможность получать тонкие и гибкие плёнки, способные работать даже ночью. Это открыло прямую дорогу для изготовления более эффективных и дешёвых материалов для солнечных батарей нового поколения.

Кремниевые батареи используются и на больших солнечных электростанциях, создаваемых в альтернативной энергетике, и уже начали уверенно завоёвывать частный рынок для россиян, озабоченных загрязнением природы и ростом цен на электроэнергию.

КПД батарей нового поколения достигает 30%, против прежних, более дорогих и громоздких, имеющих КПД всего лишь 5—7%.

Результат работы нижегородских практиков в рамках разработки приоритетных направлений технологического комплекса России заложил основу создания новой технологии в нашей стране.

В.Ильин

altenergiya.ru

Новые солнечные панели стали в два раза эффективнее традиционных

Прошло совсем немного времени с момента предыдущего рекорда эффективности солнечных панелей – австралийские ученые смогли добиться результата в 35% – и вот теперь новое достижение от исследователей Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), которое может перевернуть рынок современной фотовольтаики.

Солнечные батареи с эффективностью порядка 36% разработанные стартапом Insolight могут производить в два раза больше энергии, чем традиционные панели. Такой высокий показатель получил подтверждение после независимых тестов, проведенных немецким Институтом Фраунгофера.

Молодая швейцарская компания предлагает использовать технологию, в основе которой лежит ультратонкая структура, фокусирующая солнечные лучи на небольшой площади поверхности высокоэффективных солнечных элементов. Эти суперсегменты имеют очень много слоев, которые поглощают волны разной длины и обеспечивают коэффициент преобразования в 42%. В результате получается плоская солнечная установка с рекордно высоким КПД в 36,4%.

Элементы очень дорогие и потому в обычной жизни мало применимы. Но инженеры Insolight снизили стоимость, использовав сегменты площадью всего несколько квадратных миллиметров. Весь свет, падающий на панель, фокусируется на этих участках с помощью прозрачной пластиковой пластины, в которую интегрирован массив миллиметровых линз.

Положение рабочей пластины меняется по мере движения солнца с помощью системы слежения, оборудованной фотосенсором. Смещение всего на несколько миллиметров в течение дня позволяет улавливать 100% солнечных лучей независимо от угла падения.

Свой прототип компания разработала и изготовила в Лаборатории прикладных фотонных устройств Федеральной Политехнической школы Лозанны (EPFL) по программе Innogrants, предназначенной для поддержки перспективных стартапов.

Читайте также: Новый рекорд цен на солнечную энергию: теперь в Чили она стоит в 2 раза дешевле угля

Похожие системы уже демонстрировались в нескольких лабораториях, но данное решение, по словам разработчиков, отличает почти полная готовность к внедрению. «Все компоненты были изначально спроектированы, так, чтобы их было легко выпускать в массовых масштабах», — заявил Мэтью Акерманн (Mathieu Ackermann), один из трёх выпускников EPFL, ставших учредителями Insolight.

Теперь им предстоит подтвердить экономический потенциал своей концепции, создав на её основе систему, пригодную для массового рынка.

Источник: ko.com.ua

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Loading…

ecotechnica.com.ua

Новые технологии в солнечных панелях

На протяжении многих тысячелетий человечество использовало природные ресурсы для получения энергии. Начиная с дров, которые сжигали, чтобы согреться и приготовить пищу, и заканчивая атомной энергетикой. Земные запасы оказались невечными, а потребности современного общества несопоставимо высокими, по сравнению с процессами возобновления. Самым перспективным направлением в поисках альтернативных источников энергии стали новые технологии солнечных панелей.

Гениальное изобретение

Уже в конце XIX ст. ученые стали задумываться над использованием энергии Солнца. Поводом послужила работа известного французского физика А. Беккереля – «Электрические явления, происходящие от освещения тел». В ней он описал фотовольтаический эффект – возникновения напряжения или электрического тока в веществах под воздействием света. Неоценимый вклад в 1873 г. сделал английский инженер-электрик У. Смит, открывший фотопроводимость селена. В 1887 г. немецкий физик Герц открыл внешний фотоэффект, изучив выход электронов из вещества при воздействии на него светом.

Еще более полувека ученые трудились над созданием прямого преобразователя света в электроэнергию. В 1950-х гг. специалистами компании Bell Laboratories была создана первая полноценная солнечная панель. Новые технологии сразу вызвали огромный интерес в космической сфере и, спустя всего 4 года, в космос были запущены американский и советский спутники, оснащенные солнечными батареями.

Солнечная энергия сегодня

Казалось бы, зачем строить ядерные реакторы, когда чуть более чем в 8 световых минутах от нас находится термоядерный источник колоссальной энергии – Солнце. Если представить мощность фотонного потока в Ваттах, то в среднем с учетом полюс-экватор, день-ночь и лето-зима, получится 325 Вт на 1 м². Учитывая площадь поверхности земли – 510,1 млн. км², выходит, что наша планета постоянно принимает 165,7 триллионов кВт в час. 

За одни сутки от Солнца на Землю поступает столько энергии, сколько не смогут выработать за год все электростанции мира.

Преобразование световой энергии

В настоящее время использование энергии Солнца стало актуальной задачей. Ведь это самый дешевый и экологически чистый способ получения электроэнергии и тепла. По сравнению с ТЭС, конечная цена электроэнергии для потребителя обходится на 80% дешевле. Потребность в альтернативных источниках недорогой электроэнергии повысила спрос на солнечные батареи, а конкуренция между производителями дала стимул научным разработкам новых технологий.

Существует 3 способа преобразования световой энергии, которые уже широко применяются по всему миру.

Солнечные коллекторы

Это самый простой способ с применением недорогого оборудования. Принцип действия заключается в нагревании воды Солнцем. Такие установки до недавнего времени применялись в основном только в жарких странах для горячего водоснабжения. Современные коллекторы, произведенные в России, рассчитаны для эксплуатации в северных регионах. При температуре на улице — 10°C в ясную погоду они нагревают воду до 80-90°C.

Солнечные реакторы

Сравнительно новая технология, которая активно внедряется в Германии. Изначально установка была задумана для получения дешевого водорода без причинения вреда окружающей среде. Сам водород ‒ это самое экологическое топливо. В отличие от углеводородов, продукт его сгорания ‒ обыкновенный водяной пар (H₂ + 0,5 O₂ → H₂O). В ходе разработок был получен целый энергетический комплекс, способный обеспечить частное хозяйство электроэнергией, горячим водоснабжением и отоплением. В хорошую погоду электроэнергию вырабатывают батареи, а излишки энергии расходуются на получение водорода. При недостатке генерированного электричества, в ход пускается накопленный водород. Ведущие производители таких комплексных систем ‒ это компании HPS Home Power Solutions GmbH и CNX Construction.     

Солнечные панели

Прямое преобразование энергии Солнца в электрическую постоянно совершенствуется и расширяется. Стремительный рост внедрения СЭС подтверждается статистикой. В 2005 общая мощность солярных проектов составляла всего 5 ГВт, а уже в 2014 – 150 ГВт. Сегодня в мире существует множество таких электростанций, самые крупные из которых:

• «Топаз», Калифорния – 1096 МВт;
• «Agua Caliente», Аризона – 626 МВт;
• «Mesquite», Аризона – 413 МВт;
• «Solar Ranch», Калифорния – 399 МВт;
• «Хуанхэ», Цинхай – 317 МВт;
• «Каталина», Калифорния – 204 МВт;
• «Xitieshan», Цинхай – 150 МВт;
• «Нинся Qingyang», Нинся – 150 МВт;
• «Перово», Крым – 133 МВт;
• «Серебро», Невада – 122 МВт.

В России в настоящий момент работает 23 СЭС общей мощностью 250,318 МВт. К тому же применяемое оборудование постоянно модернизируется, а мощности наращиваются.

В настоящее время в стадии проектирования и строительства на территории РФ находится 31 СЭС.

Кроме крупномасштабных энергетических проектов, солнечные батареи все больше применяются в быту и в различного рода устройствах. Их устанавливают на крышах частных домов, на опорах уличного освещения, встраивают в портативные зарядные устройства, вычислительную технику и автономные приборы освещения для придомовой территории.

Среди самых необычных решений можно отметить велодорожку в Нидерландах и километровый участок автодороги во Франции, выполненные с покрытием из фотоэлементов, а в Корее разработали батарею-имплантат. Он в 15 раз тоньше волоса, предназначен для вживления под кожу и способен питать имплантированные приборы.

Принцип действия

Светоприёмная панель состоит из ячеек (модулей), которые выполняются из двуслойного полупроводникового материала, обладающего свойством фотопроводимости. Верхний слой полупроводника типа «n» имеет отрицательный потенциал, а нижний типа «p» ‒ положительный. При попадании на верхний слой лучей света происходит внешний фотоэффект. Другими словами, полупроводник «n» начинает отдавать электроны. В это же время нижний слой «p», наоборот, способен захватывать электроны. Таким образом, если замкнуть цепь, подсоединив нагрузку к слоям, электроны, покинувшие верхний слой, устремятся через нагрузку к нижнему слою. Затем через p-n переход опять возвращаются в верхний слой.

Реальные достижения

Для создания модулей применяется множество материалов, самыми эффективными по лабораторным исследованиям оказались многослойные фотоэлементы типа GaInP/GaAs/Ge, показавшие коэффициент фотоэлектрического преобразования 32%. При этом в реальности были установлены значительно большие рекордные показатели.  

Компания Sharp в 2013 г. создала трехслойный фотоэлемент на индиево-галлий-арсенидной основе, который показал результат КПД 44,4%. Их рекорд в этом же году превзошли ученые Института систем солнечной энергии общества Фраунгофера. В конструкции своего фотоэлемента они применили линзы Френеля, чем добились показателя в 44,7%. Через год они превзошли сами себя и, благодаря особой фокусировке, линзы смогли достичь КПД 46%.

Современные разработки

Одно из перспективных направлений ‒ преобразование в электроэнергию всех спектров излучения. Разработки в этом направлении ведутся многими компаниями, институтами, научными центрами и результаты уже есть.

Теория наноантенн

Идея преобразования излучения Солнца в электрический ток по принципу выпрямляющей антенны, работающей в диапазоне оптических волн 0,4-1,6 мкм, появилась еще в 1972 г. и принадлежит Р. Бейли. Потенциальный КПД таких антенн в теории составит 85%. Первая попытка создать солярный преобразователь на наноантеннах была предпринята в 2002 г. компанией ITN Energy Systems, которая не увенчалась успехом. Несмотря на это, данная методика рассматривается как наиболее перспективная и исследования продолжаются.

Фотоэлементы на основе перовскита

Сегодня этот материал, как альтернатива кремнию, наиболее популярный среди производителей. Его стоимость намного дешевле, что в конечном итоге положительно влияет на цену продукта. При этом в его состав входит токсичный свинец, который долгое время пытались заменить. Группа нидерландских ученых, работая над этим вопросом, случайно совершила открытие.

Свинец заменили оловом и при тестовых исследованиях заметили странное явление. «Горячие электроны», то есть электроны с повышенной энергией, отдавали ее через несколько наносекунд, вместо нескольких сотен фемтосекунд, что значительно дольше. В обычных панелях такие электроны преобразовываются в тепло, а не в электричество. В данном случае за счет медлительности электронов появляется возможность преобразовать их в электроэнергию, до того, как они станут теплом.

Пока ученые выясняют, почему горячие электроны замедляют свое рассеивание и как можно заставить их рассеиваться еще медленнее. По словам профессора фотофизики и оптоэлектроники М. Лои, теоретические прогнозы КПД такой батареи составят 66%.

Идеальное излучение

Чтобы решить проблему поглощения светоэлементом всего спектра излучения Солнца, команда исследователей из Хайфа (Израиль) предложили нестандартное решение. В опытах они решили преобразовать солнечный свет в идеальное излучение. Для этого они разработали и применили уникальный фотолюминесцентный материал. Подобная технология используется в светодиодных лампах, где диодное свечение поглощается люминофором и преобразовывается в свечение, оптимальное для восприятия человеком. В случае с элементом, материал преобразует весь спектр излучения в свет, идеально поглощающийся панелью. По утверждению молодых ученых, преобразование света позволит увеличить конверсию в электричество до 50%.

Многослойные панели для установки на крыше

Ранее ученые из университета Нового Южного Уэльса предложили концентрировать излучение Солнца с помощью зеркал. Такая методика позволила значительно увеличить эффективность работы элементов. Сегодня эта технология применяется на множестве СЭС, однако для батарей, устанавливаемых на крышах частных домов, такая конструкция невозможна. Увеличить эффективность преобразования неконцентрированного света до 53% предложили разработчики германского научного центра Agora Energiewende.

В основе их изобретения лежит многослойная панель способная поглощать 4 диапазона света. Специальный преломляющий слой отражает инфракрасный спектр к кремниевой части и пропускает остальной свет к трехслойной панели. Первый слой ‒ индий-галлий-фосфид, второй – индий-галлий-арсенид и третий ‒ германий. Каждый поглощает свет в определенном диапазоне, и в результате получается «выжать» максимум энергии.

Теоретически конструкция идеальна, но на практике для применения на крыше возникли проблемы со сложностью обслуживания. Пока разрабатываемая для частного сектора батарея больше подходит для электростанций, но работы по ее усовершенствованию продолжаются.

Энергия днем и ночью

Особое внимание многих научных изданий привлекли разработки китайских ученых. Это не удивительно, ведь Китай в этой области держит первенство и является крупнейшим поставщиком солнечных панелей, пользующихся спросом по всему миру.

Китайские разработчики предложили панель, работающую не только в светлое время суток, но и ночью. Секрет заключается в слое люминофора с длительным послесвечением. Днем непоглощённый фотоэлементом свет задерживается люминофором, который светится ночью, отдавая энергию фотоэлементам. Хотя ночное КПД составляет всего 25%, такие батареи смогут значительно повысить эффективность солнечной энергетики.

Инженерные решения

С ростом СЭС по всему миру появляется новая проблема, особо актуальная для европейских стран. Для строительства таких электростанций необходимо большое пространство. В некотором плане эту проблему решают интеграцией фотоэлементов в дорожное покрытие и установкой светоприёмников на крышах. Но часто приходится модернизировать кровельные конструкции, а в некоторых случаях установка противоречит архитектурным особенностям. Актуальность повышения интеграционных возможностей солнечных батарей приобрела критическую отметку, поэтому над этим сегодня работают ведущие инженеры и архитекторы.

Кровля из фотоэлементов

Интересную конструкцию на конференции Solar Power International 2017 в Лас-Вегасе представила компания Hanergy. Кровельная плитка Hantiles представляет собой волнообразную черепицу со встроенными фотоэлементами. Совместив кровельный материал и фотоэлементы, сохраняется эстетический вид постройки, а кровельная конструкция не требует дополнений. К тому же по стоимости получается дешевле, чем приобретать отдельно кровлю и панели.

Облицовка стен солнечными панелями

Швейцарский центр микротехники и электроники «CSEM» предложил новую технологию по производству наружных стеновых облицовочных панелей, которые одновременно являются еще и солнечными. Особенность заключается в сохранении качеств облицовочного материала. Панели выглядят монотонно и обладают высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Пока были представлены только белые варианты, но разработчики говорят, что возможен любой цвет.

Окна с фотоэлементами

Скоро вместо энергосберегающих окон можно будет устанавливать энергогенерирующие. Инновационное окно от разработчиков национальной лаборатории Лос-Аламоса визуально ничем не отличается от простых окон. При этом в них применен однокамерный стеклопакет со встроенными квантовыми точками на основе марганца на внешнем стекле и на основе селенид меди-индия на внутреннем. Стекла выступают в роли люминесцентного концентратора и, поглощая свет, перенаправляют его к краям рамы, где он преобразуется в электроэнергию встроенными фотоэлементами.

Еще дальше пошли немецкие инженеры из Йенского университета. Они предложили смарт-окна. Идея «умных» окон не новая. Раньше другими разработчиками предлагались стекла, изменяющие светопрозрачность и вырабатывающие электроэнергию за счет заламинированных фотоэлементов. В этот раз применена принципиально новая технология LaWin. Теперь к функциям окон добавилась способность работать как освещение и отопление.

Подзарядка на ходу

Японские разработчики из института RIKEN и Токийского университета изобрели ультратонкий гибкий фотоэлемент, который не боится воды и растягивающих нагрузок. При интеграции такой батареи в текстиль можно создавать одежду с возможностью подключения мобильных устройств или любой другой электроники. 

qwizz.ru

Новые разработки солнечных панелей

Ученые из МИСиС разработали гибкую солнечную батарею втрое дешевле кремниевых панелей

Источник: http://tass.ru/nauka/3193630

МОСКВА, 11 апреля. /ТАСС/. Ученые из Научно-исследовательского технологического университета «МИСиС» совместно с коллегами из университета Техаса в Далласе разработали гибкую солнечную батарею на основе металло-органического соединения, стоимость которой по меньшей мере втрое ниже кремниевых панелей, сообщает пресс-служба университета.

Разработанная учеными НИТУ «МИСиС» гибкая солнечная батарея

«Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова представила технологию создания тонкопленочного фотоэлемента на основе гибридного металл- органического соединения — перовскита, позволяющего преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%, при планируемых показателях более 20%… На сегодняшний день расчетная стоимость квадратного метра перовскитных солнечных панелей составляет менее 100 долларов США, тогда как квадратный метр лучших кремниевых обходится в 300 долларов США. В массовом производстве разница станет 4-6-кратной», — говорится в сообщении.

Солнечные батареи на основе кремния отличаются высокой стоимостью из-за высокотехнологичного, энергоемкого и токсичного производства кремния. Кроме того, они значительно более хрупкие и менее гибкие по сравнению с разработкой российских ученых. Особенность же перовскитной технологии в том, что активные слои солнечных элементов на его основе можно наносить из жидких растворов на тонкие и гибкие подложки. Это позволяет размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны: оконные полупрозрачные «энергошторы» домов и машин, фасады и крыши зданий, бытовая электроника и многое другое.

«Главным преимуществом гибридных перовскитов является простота их получения из обычных солей металлов и промышленных химических органических соединений, а не из дорогих и редких элементов, используемых в высокоэффективных полупроводниковых аналогах, таких, как солнечные батареи на основе кремния и арсенида галлия. Не менее важно, что материалы на основе перовскита могут быть использованы для печати фото-электроники не только на стекло, но и на другие материалы и поверхности. Это делает батареи гораздо дешевле, чем при более сложных способах получения тонкопленочных солнечных элементов», — сказал Захидов, слова которого приводятся в сообщении.

Существенное снижение стоимости производства солнечных батарей будет способствовать увеличению доли экологически чистых, возобновляемых источников энергии в общем энергетическом «пироге».

Российские ученые разработают пластичные солнечные батареи нового типа

Источник: http://tass.ru/ural-news/3174602

ЕКАТЕРИНБУРГ, 4 апреля. /ТАСС/. Российские ученые планируют разработать первые опытные образцы пластичных солнечных батарей нового поколения к 2018 году, сообщил корр. ТАСС научный сотрудник Управления по научной инновационной деятельности Южно-Уральского государственного университета Олег Большаков. Проект реализуется при грантовой поддержке Российского научного фонда.

«Совместно с коллегами из московского Института органической химии мы работаем над созданием пластичных тонкопленочных солнечных батарей нового поколения уже в течение 1,5 лет. Первая партия материала для солнечных батарей уже готова, она будут тестироваться на протяжении 2-3 месяцев в специальной лаборатории при университете Эдинбурга в Шотландии», — сказал Большаков. «В России пока необходимых сертифицированных лабораторий нет, поэтому мы обратились к зарубежным специалистам. По плану к 2018 году мы выпустим первые опытные образцы», — добавил он.

По словам ученых, главная особенность солнечных батарей нового типа — органический светочувствительный материал. «Такие батареи не будут токсичными, также они не требуют большого количества светочувствительного материала — в 1000 раз меньше по сравнению с батареями предыдущих поколений, поэтому они будут и наиболее доступными по цене. По этим причинам разработки в этом направлении ведутся по всему миру. Но аналогов нашей технологии пока нет, так что реализация нашего проекта даст нам большие преимущества в альтернативной энергетики будущего», — добавил Большаков.

Он также отметил, что на данный момент специалистам предстоит выявить статистическую зависимость между структурой материалов и эффективностью. «Каждый фотоэлемент характеризуется двумя основными параметрами — устойчивостью и энергоэффективностью. Необходимо определить наиболее удачные варианты из тех, которые мы отправили в лабораторию, после чего их уже можно будет применять к различным поверхностям. Дальнейшая научная работа будет связана с усовершенствованием материалов», — пояснил ученый.

Гибридные солнечные панели с эффективностью в 25,5%

Источник: http://elektrovesti.net/45829_v-gonkonge-razrabotali-gibridnye-solnechnye-paneli-s-effektivnostyu-v-255

В Политехническом университете Гонконга (PolyU) разработали тандемные солнечные батареи из кремния и перовскита, обеспечивающие эффективность преобразования света в электричество 25,5%.

Уже давно известно, что улучшить работу солнечной батареи можно, комбинируя материалы, поглощающие солнечное излучение на разных длинах волн. Такую взаимодополняющую пару составляют солнечные элементы на основе кремния и наиболее популярного перовскита.

Так, верхний, перовскитный слой улавливает фотоны с короткими длинами волн, а находящийся ниже слой кремния поглощает более длинноволновую часть солнечного спектра.

Кроме того больше света позволило использование в качестве верхнего покрытия тандемной батареи особой рассеивающей плёнки, в которой исследователи постарались воспроизвести строение поверхности лепестков роз.

Эти три инновации и позволили команде ученых установить новый рекорд эффективности преобразования, позволяющий снизить себестоимость солнечной энергии на 30%.

altenergiya.ru