Электростанция нового поколения: топ 8 известных компаний. Солнечные батареи новая российская технология

Солнечные батареи нового поколения - полный обзор видов. Жми!

20 лет назад электричество, добытое из солнечной энергии, казалось нам просто фантастикой. Но уже сегодня солнечными батареями уже никого не удивишь.

Жители стран Европы давно поняли все преимущества солнечной энергии, и теперь освещают улицы, обогревают дома, заряжают различные приборы и т.д. В этом обзоре речь пойдет солнечных батареях нового поколения, созданных для облегчения нашей жизни и сохранения окружающей среды.

Типы СБ

Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите)Сегодня насчитывается более десяти видов солнечных устройств, которые используются в той или иной отрасли. Каждый вид имеет свои характеристики и эксплуатационные особенности.

Принцип работы кремниевых солнечных батарей: на кремниевую (кремниево-водородную) панель попадает солнечный свет. В свою очередь, материал пластины изменяет направление орбит электронов, после чего преобразователи дают электрический ток.

Эти устройства можно условно поделить на четыре вида. Ниже рассмотрим их подробнее.

Монокристаллические пластины

Монокристаллическая СБОтличие этих преобразователей в том, что светочувствительные ячейки направлены только в одну сторону.

Это дает возможность получать самый высокий КПД — до 26%. Но при этом панель должна все время быть направлена на источник света (Солнце), иначе мощность отдачи существенно снижается.

Другими словами, такая панель хороша только в солнечную погоду. Вечером и в пасмурный день такой вид панелей дает немного энергии. Такая батарея станет оптимальной для южных районов нашей страны.

Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллическая СБПластины солнечных панелей содержат кристаллы кремния, которые направлены в разные стороны, что дает относительно низкий КПД (16-18%).

Однако главным преимуществом этого вида солнечных панелей — в отличной эффективности при плохом и рассеянном свете. Такая батарея все равно будет питать аккумуляторы в пасмурную погоду.

Аморфные панели

Аморфная СБАморфные пластины получают путем напыления кремния и примесей в вакууме. Слой кремния наносится на прочный слой специальной фольги. КПД подобных устройств достаточно низкий, не более 8-9%.

Низкая «отдача» объясняется тем, что под действием солнечных лучей тонкий слой кремния выгорает.

Практика показывает, что после двух-трех месяцев активной эксплуатации аморфной солнечной панели эффективность падает на 12-16%, в зависимости от производителя. Срок службы таких панелей не более трех лет.

Преимущество их в низкой стоимости и возможности преобразовывать энергию даже в дождливую погоду и туман.

Гибридные солнечные панели

Гибридные СБОсобенность таких блоков в том, что в них объединены аморфный кремний и монокристаллы. По параметрам панели похожи на поликристаллические аналоги.

Особенность таких преобразователей в лучшем преобразовании солнечной энергии в условиях рассеянного света.

Полимерные батареи

Полимерная СБМногие пользователи считают, что это перспективная альтернатива сегодняшним панелям из кремния. Это пленка, состоящая из полимерного напыления, алюминиевых проводников и защитного слоя.

Особенность ее в том, что она легкая, удобно гнется, скручивается и не ломается. КПД такой батареи составляет всего 4-6%, однако низкая стоимость и удобное использование делает такой вид солнечной батареи очень популярной.

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:

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

В 2015 году американскими конструкторами были разработаны гибридные фотоэлементы, позволяющие преобразовывать электроэнергию не только из солнечного света, но и тепла. Суть конструкции заключается в применении фотоэлементов из кремния и полимерной пленки «PEDOT».

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

Исследования, проводимые специалистами из университета Кембриджа, пока не дали конкретных результатов в области разработки солнечных систем нового поколения, преобразовывающих биологическую энергию (фотосинтез). Последние результаты показали КПД менее 0.4 %.

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

Варианты таких батарей впечатляют:

Лампа дневного света, работающая от обычного лесного мха.
Электростанции в виде больших листьев.
Панели из растений для домашнего пользования.
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:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

teplo.guru

солнечные батареи российского производства, панели и черепица с фотоэлементами

Электростанции нового поколения отличаются хорошей эффективностью и длительным сроком эксплуатации Каждый день потребление электричества во всем мире увеличивается, а стоимость выработки ее становится дороже. Тепловые электростанции исчерпывают ресурсы, а это приносит вред окружающей среде. Начать строить более экологические гидроэлектро станции требует огромное количество затрат, времени и физической работы. И именно поэтому уделяют внимание альтернативным источникам энергии. В наши дни люди используют для питания своего дома солнечные электростанции.

Солнечные батареи российского производства

Такая страна как Россия выпускает очень маленькое количество солнечных панелей, для вырабатывания электричества за счет солнечных лучей. Также в России практически не пользуются такими панелями для вырабатывания электричества. Но, не смотря на этот факт, все равно изготовляются солнечные панели. Наша страна изготовляет их на экспорт для стран Германии и Чехии. Такой экспорт кажется, очень странным, так как Россия приобретает у этих же стран аналоги таких панелей. Можно подумать, что самый большой импорт в Россию поступает из Китая, но это не так, он поступает из Германии.

Существует 8 Российских компаний, которые занимаются изготовлением панелей для вырабатывания электричества от солнечных лучей, а именно:

Московские компании «Телеком – СТВ» «СоларИннТЕХ», «ВИЭСХ», «Квант»;
Краснодарские предприятия «Солнечный ветер» и «Сатурн»;
Рязанские заводы «Солэкс» и «Завод металлокерамических изделий».
Это полный список предприятий, которые способны оснастить многие регионы солнечными установками.

Солнечные батареи российского производства имеют отличное качество и приемлемую цену

Кремниевые, аморфные или полимерные батареи российского производства могут быть установлены на окна, на крышу дома и даже на жалюзи, ведь это обычная пленка. Производитель позаботился о комфортном использовании в домашних условиях. Но следует учесть тот факт, что батарея меняет свои характеристики и КПД в пасмурную погоду. Так же современная технология представляет нашей энергетике органические световые виды. Как они выглядят и какой мод представляют, вы можете узнать из видео

Проблема дороговизны: солнечные батареи нового поколения

Не так уж и давно себестоимость одного КВт/ч электричества, которая вырабатывалась в Америке, с помощью батареи солнечного типа давала показатель от 0,23 до 0,7 долларов. Большую часть из которой составила затраты на изготовление основного оборудование высокой технологии, которые устанавливаются на солнечных электростанциях.

Вся причина такой стоимости заключается в:

Использованные полупроводники для такой батареи должны быть однородными и содержать 100 процентов частоты. И как мы поняли изготовление их не дешевое.
Площадь светоприемников очень чувствительная к уменьшенному показателю фотонов. Мощность полупроводникового генератора подает даже от захода солнца за тучу. Они уменьшали генерацию и этим самым нарушали комбинированный эффект батарей. И именно поэтому нельзя было подключать потребителя к устройству без промежуточного звена. Промежуточное звено в нашем случае – это аккумулятор большей емкости, а это тоже означает подорожание.
КПД солнечной батареи, которые созданы с использованием кристаллического кремня, не превышал 15ти процентов, а если поверхность светоприемника загрязнялась, он падал еще ниже.
Солнечные батареи, на основе кремневых полупроводников имеют очень жесткую конструкцию. И с такой конструкцией требовалось наличие ровной поверхности для установки, а это тоже увеличивает стоимость.

Сейчас нет таких людей на земле, которые не понимали бы, что запасы органического топлива исчерпываются и то, что энергетика далеко не безопасна для такого топлива и экологии земли. И именно поэтому во всем мире прилагаются максимальные усилия, для того что бы систему солнечной энергетики сделать конкурентно способной и дешевой.

Панели солнечных батарей: перспективы развития

Все знают, что такое сооружение как панели солнечных батарей, вышедшие на рынок, являются разработками ученых в давние времена. Но наша наука тоже не стоит на одном месте. И в лабораториях проводятся различные эксперименты, которые возможно дадут необходимый результат, который даст возможность людям лет через 10 -15 забыть об атомных, тепловых электростанциях.

Сейчас изучается во всех деталях и почти во всех лабораториях мира, титаниты кальция. Титанит кальция является обширным классом минералов, которые имеют кристаллическую структуру.

После долгих лет исследований была выявлена их способность, преобразовывать свет в электричество. На сегодняшний день коэффициент полезного действия солнечных батарей на основе перовскитов составляет примерно 20 процентов. И при этом цена на изготовление батареи с титанитов кальция во много раз ниже, чем стоимость изготовления такой батареи с кремния.

Солнечные батареи используют не только на предприятиях, но и в частных домах

Также сейчас проводятся исследования примесей, после добавления их в структуру кремния улучшается физическое свойство и образовывается p-n. Такое обозначение означает более высокую электрическую разность потенциалов. Проводятся исследования и над селеном, медью, теллуридом, кадмием, мышьяком, галлием и остальными элементами и минералами. С правильно выбранными примесями кремний становится менее чувствительным к перепадам светового потока.

Черепица с солнечными фотоэлементами

Для того чтобы не испортить внешний вид кровли и при этом получать бесплатную электроэнергию от солнца, можно рассмотреть вариант с покупкой черепицы с солнечной батареей. Такая черепица сделана с очень прочного и качественного материала и в нее встроены фотоэлементы. Кровля такого типа вырабатывает достаточно электричества, его можно использовать в бытовых условиях.

Материал – оборудование, который вырабатывает электричество можно сбрасывать в собственную электростанцию или в общую сеть. И тот и другой вариант дает возможность экономить на затратах платежа за электричество. Инноватикс является российской компанией, которая лидирует во всем мире в изготовление такого отделочного материала. Она больше десяти лет изготавливает такую продукцию с встроенными фотоэлементами и продает изделия. Самое интересное из этого, то, что такую черепицу тяжело отличить от обычной, даже если всмотреться в нее.

Основные преимущества такой черепицы такие:

Материал, использованный для соединения фотоэлементов, то есть полупроводники сократили в 4 раза;
Современная система фокусировки солнечных лучей дает возможность получать в 5 раз больше энергии;
Срок службы солнечной черепицы в среднем составляет около 20 лет;
Такая черепица спокойно выдерживает любые осадки, и даже град;
Так как она сделана из качественного и крепкого материала, черепицу можно использовать при любой погоде;
Легкость в крепеже дает возможность надежно зафиксировать черепицу за короткий промежуток времени.

Будем, наедятся на то, что гелиосистему нового поколения начнут использовать в короткий период времени. Если это произойдет, то это даст возможность обеспечить электричеством каждый дом на земле, и без принесений вреда экологии.

Солнечные панели (видео)

Как мы смогли заметить электростанции нового поколения, становятся все более популярными. А почему нет? Ведь именно потратившись один раз на установку батарей, в дальнейшем вы будете экономить семейный бюджет. А кроме того вы не будет переживать о экологическом состоянии вашей среды. Ведь именно эта установка стала залогом сбережения природных ресурсов.

Добавить комментарий

teploclass.ru

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

Новые разработки солнечных панелей

Дата публикации: 16 апреля 2016

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

Солнечные батареи нового поколения | Познавательно

Солнечные батареи нового поколения

Мир уверенно движется к революции в энергосберегающих технологиях. Одно из последних достижений в этой области принадлежит Международной исследовательской группе, которую образовал Университет Техаса в Далласе и Московский институт стали и сплавов (МИСиС). Ученые разработали метод создания солнечной батареи на базе перовскита. В отличие от традиционных аналогов, которые основаны на кремнии, эффективность новинки намного выше. При этом себестоимость солнечной батареи будущего снижается. Исследователи уверены, что пластичные, легкие, доступные по цене устройства из перовскита со временем найдут широкое применение, будут востребованы и полностью вытеснят устаревшие кремневые аналоги.

Анализ кремниевых солнечных батарей начали еще в двадцатом столетии.

Существующая технология имеет ряд недостатков. Это токсичность и энергоемкость производства кремния. Поэтому процесс и получается дорогостоящим. А еще кремний отличается ненадежностью, недостаточной пластичностью и большим весом панелей. Поэтому сфера применения этого химического элемента слишком узкая. За прогнозами ученых, решить все эти проблемы сможет металло-органический перовскит.

Новое исследование позволило плодотворно поработать над прототипом тандемного устройства, которое состоит из углеродных нанотрубок и фотоэлектрических составляющих. Эта разработка предусматривает сочетание частей из перовскита и традиционного кремния. Установка эффективно преобразует доступные ультрафиолетовые лучи в электричество и повышает коэффициент полезного действия батареи на 15%.

— Основное достоинство гибридного перовскита – это легкость его добывания из стандартных источников: органических химсоединений промышленного образца и солей металлов. В то время как высокоэффективные полупроводниковые аналоги в виде солнечных батарей, основанные на арсенидегаллия и кремнии, получают из нераспространенных и дорогостоящих элементов, — было отмечено руководителем проекта, ведущим экспертом университета МИСиС и профессором Анваром Захидовым.

Также немаловажный фактор заключается в том, что основы на перовските при печати фотоэлектроникине ограничиваются печатью на стекле. Это существенно удешевляет батареи нового образца по сравнению с более сложными способами создания составляющих из тонкой пленки. Данные составляющие из перовскита имеют активные ярусы. Они без проблем наносятся даже на самые пластичные и тонкие подложки. А современная рулонная методика делает возможным размещение солнечных батарей на поверхности всевозможной кривизны. Учитывая все эти преимущества, сфера применения инновационных батарей расширяется и выходит далеко за рамки использования традиционных кремниевых аналогов. Разработка может снабжать природной энергией портативную электронную и бытовую технику, реализоваться в проекте «Умный дом» и т.д. Батареи на базе перовскита гарантируют бесперебойную подачу электрической энергии в жилье. Также инновация подходит для автомобильной промышленности.

Сегодня один метр квадратный перовскитных панелей стоит не более ста долл. А вот самые дорогие кремниевые аналоги обойдутся в 300 долларов за 1 кв. м. А если запустить массовое производство батарей, то ценовая разница будет трехкратной. Благодаря высокому качеству, экологической безопасности и приемлемой стоимости разработки многие смогут отказаться от стандартных источников энергии в пользу инновационных.

Поделиться ссылкой:

poznavatelno.net

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 (h3 + 0,5 O2 → h3O). 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

В России разработана новая технология производства гибких солнечных батарей

Исследователи из Томского государственного университета совместно с коллегами РАН создают новый вид солнечных батарей на основе ячеек Гретцеля.

Michael Macor/San Francisco Chronicle/Corbis

Ячейка Гретцеля представляет собой третье поколение фотоэлектрических технологий. Изготавливается из дешёвых материалов и не нуждается в сложном оборудовании.

Технология, разрабатываемая российскими учёными, предусматривает применение оксидных наноматериалов и их композиций. Растворы, из которых получают оксидные композиции, можно нанести на любой гибкий носитель: ткань, металлические и полимерные материалы, тонкое стекло. После запекания на поверхности носителя образуется тончайшее композитное покрытие, обладающее способностью преобразовывать солнечный свет в электроэнергию.

Технически сложность метода заключается в том, что нужно разработать низкотемпературный способ получения наночастиц оксидов и их композиций, чтобы наночастицы при запекании надёжно закрепились в структуре материала и не вымывались из него, скажем, при стирке (если речь идёт о ткани) и в процессе эксплуатации.

Особенность отечественных солнечных батарей в том, что они значительно легче и дешевле своих кремниевых «собратьев». Ещё одним серьёзным преимуществом является способность сенсибилизированных солнечных элементов генерировать электроэнергию даже в пасмурную погоду.

Ожидается, что новая технология найдёт применение в быту, сельском хозяйстве, оборонной промышленности и других сферах. Кроме того, она позволит создавать ткань, обладающую способностью генерировать тепло из солнечного света: одежда из такого материала окажется весьма кстати в северных районах.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3dnews.ru

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30