Инфрачервена слънчева електроцентрала. Соларни панели от ново поколение Кой ще ни попречи да мечтаем

Светът уверено върви към революция в енергоспестяващите технологии. Едно от последните постижения в тази област принадлежи на Международната изследователска група, която е създадена от Тексаския университет в Далас и Московския институт по стомана и сплави (MISiS). Учените са разработили метод за създаване на слънчева клетка на базата на перовскит. За разлика от традиционните аналози, които се основават на силиций, ефективността на новия продукт е много по-висока. В същото време цената на слънчевата батерия на бъдещето е намалена. Изследователите са уверени, че пластмасовите, леки и достъпни перовскитни устройства в крайна сметка ще намерят широко приложение, ще бъдат търсени и напълно ще заменят остарелите силициеви аналози.

Анализът на силициевите слънчеви клетки започва през двадесети век.

Съществуващата технология има редица недостатъци. Това е токсичността и енергийната интензивност на производството на силиций. Следователно процесът се оказва скъп. Силицият също е ненадежден, има недостатъчна пластичност и е много тежък в панелите. Следователно обхватът на приложение на този химичен елемент е твърде тесен. Учените прогнозират, че металоорганичният перовскит ще може да реши всички тези проблеми.

Ново изследване позволи плодотворна работа върху прототип на тандемно устройство, което се състои от въглеродни нанотръби и фотоволтаични компоненти. Това развитие включва комбинация от перовскитни части и традиционен силиций. Инсталацията ефективно преобразува наличните ултравиолетови лъчи в електричество и повишава ефективността на батерията с 15%.

— Основното предимство на хибридния перовскит е лесното му производство от стандартни източници: промишлени органични химични съединения и метални соли. Докато високоефективните полупроводникови аналози под формата на слънчеви клетки, базирани на галиев арсенид и силиций, се получават от необичайни и скъпи елементи, отбеляза ръководителят на проекта, водещ експерт в университета MISiS и професор Анвар Захидов.

Друг важен фактор е, че базираният на перовскит фотоелектронен печат не се ограничава до печат върху стъкло. Това значително намалява цената на новите батерии в сравнение с по-сложните методи за създаване на компоненти от тънък филм. Тези перовскитни компоненти имат активни нива. Могат да се нанасят без проблеми дори върху най-гъвкавите и тънки основи. А съвременната ролкова технология позволява поставянето на слънчеви панели върху повърхности с различна кривина. Като се вземат предвид всички тези предимства, обхватът на приложение на иновативните батерии се разширява и далеч надхвърля използването на традиционните силициеви аналози. Разработката може да захранва преносими електронни и домакински уреди с естествена енергия, да бъде внедрена в проект Smart Home и др. Перовскитните батерии гарантират непрекъснато снабдяване на домовете с електрическа енергия. Иновацията е подходяща и за автомобилната индустрия.

Кой ще ни забрани да мечтаем!

Все по-често учените разглеждат вечния двигател като един от видовете алтернативни източници на енергия, възобновяеми от природата безплатно. Ако приемем гледната точка на закона за запазване на енергията, тогава такъв двигател е невъзможен. Но този закон се прилага само за затворени електрически мрежи.

Свързваме електрически уред към мрежата с щепсел с два проводника. Свържете един - няма да има електрически ток, защото веригата не е затворена. А Николо Тесла, сръбски учен, демонстрира предаването на ток през един проводник в началото на миналия век. И той вече беше на ръба да отвори предаването на ток без кабели изобщо. Така ученият доказа, че вечен двигател е възможен, но при условие на отворена мрежа.

Тесла беше един от първите, които разбраха, че Земята и околоземното пространство са отворена електрическа мрежа. Това означава, че в такава мрежа не важи законът за запазване на енергията и е възможно да се получава неизчерпаема енергия от космоса и да се задвижват перпетуум мобиле. Ученият за първи път демонстрира идеята си със собствените си очи през 1931 г. върху безшумен автомобилен електродвигател и кара цяла седмица без батерии и зарядни устройства.

Неговите съвременници не му вярваха. Ученият беше наречен шарлатанин. Типичен пример за всяка епоха, когато човек, който е изпреварил времето си в открития или идеи, е или оклеветен от завистници, или затворен в психиатрична болница. Слава Богу, Тесла премина тази чаша, но до края на дните си се смяташе за ненормален и непрекъснато беше подложен на клевети.

И до днес обаче има скептици, които не вярват в никакви чудеса. Според тях естествените двигатели съществуват, но те не могат да бъдат наречени „вечни“, защото не са постоянни. Сега всичко се върти и върти, час по-късно вятърът утихна, слънцето се скри зад облаците или падна нощ и „вечният“ двигател замлъкна. Водноелектрическа централа или атомна електроцентрала е друг въпрос - има възможност за получаване на „вечна“ машина за движение за дълго време, но не може да се нарече и абсолютно вечна.

Като цяло легитимността на вечните двигатели не се вписва в Закона за запазване на енергията, който все още не е опроверган от нито един от известните лабораторни експерименти. Това е мнението на скептиците.

Между другото, можете сами да направите вечен двигател:

И така, сега дори не можете да мечтаете, както успешно направи Николо Тесла? Той мечтаеше да пренася електричество на дълги разстояния без жици и разработи нови подходи за решаване на този проблем. Той успя да включи и изключи електродвигател на значително разстояние от него и да включи електрически крушки без никакво окабеляване. Това се случва през 1892 г., а тайните на великия учен все още не са разгадани.

Търсене на слабости в закона

Законът за запазване и трансформация на енергията в свободна интерпретация се тълкува по следния начин: във всяко природно явление енергията не просто се появява или изчезва. Преминава от един вид в друг, но в същото време стойността му намалява. И е немислимо да се мисли за какъвто и да е вечен двигател, без да се полагат постоянни допълнителни усилия.

Но хората са търсили възможността за създаване на вечен двигател от векове. Ето примери за няколко изобретения:

Учените си блъскат главата как да заобиколят този инхибиращ закон и да насочат науката към служба на човечеството по пътя, който Николо Тесла откри преди 122 години и отнесе тайните си със себе си в гроба. Как да намерим тези естествени „допълнителни усилия“, така че перпетуум мобиле да работи без човешка намеса, използвайки възобновяеми енергийни източници?

Учените вече са направили нещо в тази посока. Институтът "А. Йофе" в Санкт Петербург откри център за производство на тънкослойни слънчеви клетки, способни да генерират енергия не само при излагане на пряка слънчева светлина, но дори и при излагане на инфрачервено лъчение. И така, през нощта.

Намерена е следа, която може да доведе до факта, че в близко бъдеще ще бъде възможно да се сложи край на закона за запазване на енергията. Учените от Дубна близо до Москва, които са обсъдени в следващия раздел, стигнаха до същото мнение.

До сутринта, слънчице!

Защо използването на слънчева енергия е на толкова ниско ниво у нас? И светът не може да се гордее с преобладаващото ограничаване на слънчевата възобновена енергия. Каква е причината?

Слънцето няма нищо общо с това. Първо, досега човешката общност не се е научила как да преобразува дневната светлина в електрически ток с необходимата ефективност. Второ, произведените слънчеви панели работят само през деня и при ясно слънчево време. И трето, все още не са изобретени ефективни и безопасни батерии, които да акумулират достатъчно енергия, която да издържи до следващите часове на деня. Какво тогава да правим в замръзналата тундра, чиято територия е огромна в нашата страна? Там трябва да чакате шест месеца преди изгрев!

Но, за щастие, вече можем да говорим за това състояние на нещата в минало време. Първият образец на принципно нова фотоклетка беше демонстриран в Дубна, Московска област. Именно това стана основният компонент на слънчевата батерия, чиито автори бяха учени от центъра на Института за ядрени изследвания. Новата батерия е уникална, а въвеждането на отворени фотоклетки ще доведе до истинска техническа революция в развитието на слънчевата енергия.

Трябва да кажем няколко думи за принципа на работа на новата слънчева батерия. Състои се от така наречената хетероелектрична фотоклетка, която работи еднакво добре както във видимото, така и в инфрачервеното лъчение. В допълнение, новата батерия е оборудвана с хетероелектричен кондензатор, който има значителен капацитет, но има малък обем.

Резултатът надмина всички очаквания на руските учени. Ако ефективността на старите фотоклетки беше 5, максимум 7%, то за батерии, използващи нови фотоклетки, резултатът е зашеметяващ. Може да достигне 30% или повече. Освен това продуктите имат уникална способност да работят дори през нощта, реагирайки перфектно на инфрачервеното лъчение.

Стана възможно да се каже, че скоро ще влязат в експлоатация не само слънчеви батерии, но и „звездни“, способни да извличат електричество по всяко време на деня и спокойно, в работен ритъм, да посрещат утринното слънце, независимо как дълго трае нощта. И се заредете с нова енергия за бъдеща непрекъсната работа. Защо не вечен двигател, задвижван от възобновяема енергия!

Мнението на съмняващия се:

„Това са глобални перспективи! Ще има възможност да инсталирате слънчеви панели във вашата дача! Да, плюс използване на вятърна енергия!

Но, според мен, няма да се въвеждат масово екологични източници. „Въглеводородните“ магнати не харесват това. Ще продължат да тровят всички и себе си с химикали и да правят пари от нашите болести. Не им трябва здрава нация. Защото ще стане неконтролируемо!

Разумно мнение:

„На пръв поглед човек може да се убеди, че хетероелектрическите елементи на слънчевите панели са пълна фантазия. Но това впечатление е погрешно. Яростната съпротива на монополите предполага обратното. Това означава, че има голямо бъдеще за новите слънчеви панели, ако богатите са сериозно разтревожени.

Мнението на песимиста:

„Хетероелектричеството несъмнено може да доведе света до геополитическо преразпределение. Но това няма да бъде позволено! Интересите на политиците и торбите с пари няма да ни позволят да се откъснем от потреблението на въглеводороди. Залозите са твърде големи. Собствениците на полезни изкопаеми ще си прережат гърлата за комфортното си съществуване.”

Мнението на оптимиста:

„Това, разбира се, е мрачно, но не трябва да се отчайваме. Днес Интернет позволява на изобретателите у нас, а и по света, да се обединяват и работят заедно, за да обмислят проекти, да ги внедряват в производство, да намират спонсори и т.н. Възможно е също така вълната от народна инициатива да покрие изцяло бюрократичната тежест и да се появят работещи модели. Тогава процесът ще стане необратим.”

Източник – Блог „Екология в Русия” на Лев Миролюбов от Ижевск.

„Здравей племе, млади, непознати“

Не става дума за хора, а за ново поколение слънчеви панели. Учените са успели да разработят батерии, които са способни да генерират електричество от слънчева енергия, дори когато слънцето се скрие в облаците или залезе под хоризонта преди сутринта.

Запознайте се с пластмасови слънчеви панели! Те могат да бъдат нанесени върху рамката като боя или залепени под формата на филм. Основното им предимство е, че могат да улавят инфрачервено лъчение. Това означава да работите през нощта толкова ефективно, колкото и през деня. Съгласете се, това е значителна стъпка по пътя към прогреса!

Съществуващите материали за производство на традиционни слънчеви клетки улавят само видимата слънчева светлина, въпреки че по-голямата част от останалата радиация е в инфрачервения спектър.

Изобретеният материал е пластмасов състав, който е способен да реагира както на инфрачервената, така и на видимата част от спектъра. Благодарение на такива проекти стана възможно да се улови значително количество слънчева енергия и да се генерира електричество.

Но това не е най-важното. С въвеждането в производството на ново поколение слънчеви панели, използващи необичайни материали, цената на продуктите рязко намаля, което дава надежда за масовото използване на възобновяеми източници под формата на слънчева енергия.

Руските нанотехнологии - да бъдат!

Преди това слънчевите клетки бяха направени на основата на силиций. А силицийът се получава чрез разлагане на експлозивния газ силан. Молекулата му съдържа един силициев атом и четири водородни атома. Учените успяха да заменят чистия силиций със силициев тетрафлуорид, което елиминира всякаква опасност при производството на продукта.

С новата технология е възможно да се промени съставът на силиция, като по този начин се подобрят неговите електрически свойства. Такива проби вече са получени в Нижни Новгород, което направи възможно получаването на тънки и гъвкави филми, които могат да работят дори през нощта. Това проправи пътя за производството на по-ефективни и по-евтини материали за следващото поколение слънчеви клетки.

Силициевите батерии се използват и в големи слънчеви електроцентрали, създадени в алтернативната енергия, и вече започнаха уверено да завладяват частния пазар за руснаците, загрижени за замърсяването на околната среда и растящите цени на електроенергията.

Ефективността на батериите от ново поколение достига 30%, в сравнение с предишните, по-скъпи и обемисти, които имат ефективност само 5-7%.

Резултатът от работата на практиците от Нижни Новгород като част от развитието на приоритетните области на руския технологичен комплекс положи основата за създаването на нова технология в нашата страна.

Учените от MISiS разработиха гъвкава слънчева батерия три пъти по-евтина от силициевите панели

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

МОСКВА, 11 април. /ТАСС/. Учени от Изследователския технологичен университет "МИСиС" съвместно с колеги от Тексаския университет в Далас са разработили гъвкава слънчева батерия на базата на металоорганично съединение, чиято цена е поне три пъти по-ниска от силициевите панели, съобщава пресата на университета. сервизни отчети.

Гъвкава слънчева батерия, разработена от учени от NUST MISIS

„Група учени от НИТУ „МИСИС“, ръководена от проф. Анвар Захидов, представи технологията за създаване на тънкослойна фотоклетка на базата на хибридно металоорганично съединение – перовскит, което позволява преобразуване на енергията на слънчевата радиация в електрическа енергия с КПД над 15%, при планирани показатели над 20%... Днес прогнозната цена на квадратен метър перовскитни слънчеви панели е под $100, докато най-добрите силициеви панели струват $300 на квадратен метър. При масово производство разликата ще бъде 4-6 пъти“, се казва в доклада.

Соларните клетки на базата на силиций са скъпи поради високотехнологичното, енергоемко и токсично производство на силиций. Освен това те са много по-крехки и по-малко гъвкави в сравнение с тези, разработени от руски учени. Особеността на перовскитната технология е, че активните слоеве на слънчевите клетки, базирани на нея, могат да се отлагат от течни разтвори върху тънки и гъвкави субстрати. Това ви позволява да поставите слънчеви панели върху повърхности с всякаква кривина: полупрозрачни прозорци „енергийни завеси“ на къщи и автомобили, фасади и покриви на сгради, потребителска електроника и много други.

„Основното предимство на хибридните перовскити е лесното им производство от обикновени метални соли и промишлени органични химикали, а не от скъпите и редки елементи, използвани във високоефективни полупроводникови аналози като силициеви и галиев арсенидни слънчеви клетки. Също толкова важно, базираните на перовскит материали могат да се използват за печат на фотоелектроника не само върху стъкло, но и върху други материали и повърхности. Това прави батериите много по-евтини, отколкото при по-сложните методи за производство на тънкослойни слънчеви клетки“, каза Захидов, цитиран в доклада.

Значително намаляване на разходите за производство на слънчеви панели ще спомогне за увеличаване на дела на чистите, възобновяеми енергийни източници в общия енергиен пай.

Руски учени ще разработят нов тип пластмасови слънчеви клетки

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

ЕКАТЕРИНБУРГ, 4 април. /ТАСС/. Руски учени планират да разработят първите прототипи на ново поколение пластмасови слънчеви клетки до 2018 г., съобщи кореспондентът. Изследовател на ТАСС в отдела за научна иновационна дейност на Южноуралския държавен университет Олег Болшаков. Проектът се изпълнява с безвъзмездна подкрепа от Руската научна фондация.

„Заедно с колеги от Московския институт по органична химия ние работим върху създаването на пластмасови тънкослойни слънчеви клетки от ново поколение от 1,5 години. Първата партида материал за слънчеви панели вече е готова, ще бъде тествана 2-3 месеца в специална лаборатория на Единбургския университет в Шотландия“, каза Болшаков. „Русия все още не разполага с необходимите сертифицирани лаборатории, затова се обърнахме към чуждестранни специалисти. Според плана до 2018 г. ще пуснем първите прототипи“, добави той.

Според учените основната характеристика на новия тип слънчеви клетки е органичният фоточувствителен материал. „Такива батерии няма да бъдат токсични и също така не изискват голямо количество фоточувствителен материал - 1000 пъти по-малко в сравнение с батериите от предишни поколения, така че те ще бъдат и най-достъпни. Поради тези причини разработки в тази насока се извършват по целия свят. Но все още няма аналози на нашата технология, така че реализацията на нашия проект ще ни даде големи предимства в алтернативната енергия на бъдещето“, добави Болшаков.

Той също така отбеляза, че в момента експертите трябва да идентифицират статистическата връзка между структурата на материалите и ефективността. „Всяка фотоклетка се характеризира с два основни параметъра – стабилност и енергийна ефективност. Необходимо е да се определят най-успешните варианти от тези, които изпратихме в лабораторията, след което те вече могат да се прилагат върху различни повърхности. По-нататъшната научна работа ще бъде свързана с подобряване на материалите“, обясни ученият.

Много малко време е минало от предишния рекорд за ефективност на слънчевите панели - австралийски учени успяха да постигнатрезултат от 35% - и сега има ново постижение от изследователи от École Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), което може да революционизира пазара за модерни фотоволтаици.

Слънчеви панели с ефективност около 36%, разработени от стартъп Insolightможе да произвежда два пъти повече енергия от традиционните панели. Тази висока цифра беше потвърдена след независими тестове, проведени от германския институт Fraunhofer.

Младата швейцарска компания предлага да се използва технология, базирана на ултратънка структура, която фокусира слънчевите лъчи върху малка повърхност от високоефективни елементи. Тези супер сегменти имат много слоеве, които абсорбират различни дължини на вълните и осигуряват ефективност на преобразуване от 42%. Резултатът е плоска слънчева инсталация с рекордно висока ефективност от 36,4%.

Елементите са много скъпи и следователно са малко полезни в ежедневието. Но инженерите на Insolight намалиха разходите, като използваха сегменти с площ само няколко квадратни милиметра. Цялата светлина, падаща върху панела, се фокусира върху тези зони с помощта на прозрачна пластмасова плоча, в която е интегриран набор от милиметрови лещи.

Позицията на работната плоча се променя с движението на слънцето с помощта на система за проследяване, оборудвана с фотосензор. Изместването само на няколко милиметра през деня ви позволява да уловите 100% от слънчевите лъчи, независимо от ъгъла на падане.

Компанията разработи и произведе своя прототип в Лабораторията за приложни фотонни устройства на École Polytechnique Federal de Lausanne (EPFL) по програмата Innogrants, предназначена да подкрепя обещаващи стартиращи компании.

Подобни системи вече са демонстрирани в няколко лаборатории, но това решение, според разработчиците, се отличава с почти пълната си готовност за внедряване. „Всички компоненти са проектирани от самото начало, за да бъдат лесни за масово производство“, каза Матю Акерман, един от тримата завършили EPFL, които станаха основатели на Insolight.

Сега те трябва да докажат икономическия потенциал на своята концепция, като създадат базирана на нея система, подходяща за масовия пазар.

В продължение на много хилядолетия човечеството използва природни ресурси за получаване на енергия. Започвайки с дърва, които се изгарят, за да се затоплят и готвят храна, и завършвайки с ядрената енергия. Запасите на земята се оказаха невечни, а нуждите на съвременното общество са несравнимо високи в сравнение с възобновителните процеси. Най-обещаващата посока в търсенето на алтернативни източници на енергия са новите технологии за слънчеви панели.

Брилянтно изобретение

Още в края на 19в. учените започват да мислят за използването на слънчевата енергия. Причината беше работата на известния френски физик А. Бекерел - „Електрически явления, произтичащи от осветяването на телата“. В него той описва фотоволтаичния ефект - възникване на напрежение или електрически ток във вещества под въздействието на светлина. Безценен принос има през 1873 г. английският електроинженер У. Смит, който открива фотопроводимостта на селена. През 1887 г. немският физик Херц открива външния фотоелектричен ефект чрез изследване на освобождаването на електрони от вещество, когато е изложено на светлина.

Повече от половин век учените работят върху създаването на директен преобразувател на светлина в електричество. През 50-те години на миналия век Специалистите на Bell Laboratories създадоха първия пълноценен слънчев панел. Новите технологии веднага предизвикаха голям интерес в космическия сектор и само след 4 години в космоса бяха изстреляни американски и съветски сателити, оборудвани със слънчеви панели.

Слънчева енергия днес

Изглежда, защо да строим ядрени реактори, когато на малко повече от 8 светлинни минути от нас има термоядрен източник на колосална енергия - Слънцето. Ако си представим силата на фотонния поток във ватове, тогава средно, като вземем предвид полюс-екватор, ден-нощ и лято-зима, получаваме 325 W на 1 m². Като се има предвид, че площта на земната повърхност е 510,1 милиона km², се оказва, че нашата планета постоянно получава 165,7 трилиона kW на час.

За един ден от Слънцето към Земята идва толкова енергия, колкото всички електроцентрали в света не могат да произведат за една година.

Преобразуване на светлинна енергия

В момента използването на слънчевата енергия се превърна в спешна задача. В края на краищата това е най-евтиният и най-екологичният начин за генериране на електроенергия и топлина. В сравнение с ТЕЦ крайната цена на електроенергията за потребителя е с 80% по-евтина. Нуждата от алтернативни източници на евтина електроенергия увеличи търсенето на слънчеви панели, а конкуренцията между производителите стимулира научното развитие на нови технологии.

Има 3 начина за преобразуване на светлинна енергия, които вече се използват широко по света.

Това е най-лесният начин с помощта на евтино оборудване. Принципът на действие е загряване на вода от слънцето. Доскоро такива инсталации се използваха главно само в горещи страни за захранване с топла вода. Модерните колектори, произведени в Русия, са предназначени за използване в северните райони. Когато външната температура е 10°C при ясно време, те загряват водата до 80-90°C.

Сравнително нова технология, която се прилага активно в Германия. Първоначално заводът е бил замислен да произвежда евтин водород, без да вреди на околната среда. Самият водород е най-екологичното гориво. За разлика от въглеводородите, продуктът от неговото изгаряне е обикновена водна пара (H 2 + 0,5 O 2 → H 2 O). По време на разработката беше получен цял енергиен комплекс, който можеше да осигури на частните домакинства електричество, топла вода и отопление. При хубаво време електричеството се генерира от батерии, а излишната енергия се използва за производство на водород. При липса на произведена електроенергия се използва натрупаният водород. Водещи производители на такива комплексни системи са HPS Home Power Solutions GmbH и CNX Construction.

Директното преобразуване на слънчевата енергия в електрическа непрекъснато се подобрява и разширява. Бързият растеж на прилагането на ЕЕН се потвърждава от статистиката. През 2005 г. общият капацитет на слънчевите проекти беше само 5 GW, а вече през 2014 г. - 150 GW. Днес в света има много такива електроцентрали, най-големите от които са:

• Топаз, Калифорния - 1096 MW;
• Агуа Калиенте, Аризона - 626 MW;
• Мескит, Аризона - 413 MW;
• Solar Ranch, Калифорния - 399 MW;
• Huanghe, Qinghai – 317 MW;
• Каталина, Калифорния - 204 MW;
• Xitieshan, Qinghai – 150 MW;
• Ningxia Qingyang, Ningxia – 150 MW;
• "Перово", Крим - 133 MW;
• "Сребро", Невада - 122 MW.

В момента в Русия работят 23 слънчеви електроцентрали с общ капацитет 250,318 MW. Освен това използваното оборудване непрекъснато се модернизира и капацитетът се увеличава.

В момента в Руската федерация има 31 слънчеви електроцентрали на етап проектиране и изграждане.

Освен в мащабните енергийни проекти, соларните панели намират все по-широко приложение в ежедневието и в различни видове устройства. Те са инсталирани на покриви на частни къщи, на стълбове за улично осветление, вградени в преносими зарядни устройства, компютърно оборудване и автономни осветителни устройства за местната територия.

Сред най-нестандартните решения са велоалея в Холандия и километров участък от път във Франция, направени с покритие от фотоклетки, а в Корея са разработили имплантна батерия. Той е 15 пъти по-тънък от косъм, предназначен за имплантиране под кожата и е в състояние да захранва имплантирани устройства.

Принцип на работа

Светлоприемният панел се състои от клетки (модули), които са направени от двуслоен полупроводников материал със свойства на фотопроводимост. Горният слой на полупроводника тип "n" има отрицателен потенциал, а долният слой на типа "p" има положителен потенциал. Когато светлинните лъчи ударят горния слой, възниква външен фотоелектричен ефект. С други думи, полупроводникът "n" започва да отдава електрони. В същото време долният слой "p", напротив, е способен да улавя електрони. Така, ако затворите верига, като свържете товар към слоевете, електроните, които напускат горния слой, ще преминат през товара към долния слой. След това през p-n прехода те отново се връщат в горния слой.

Реални постижения

За създаването на модули се използват много материали; според лабораторни изследвания най-ефективни са многослойните слънчеви клетки от типа GaInP/GaAs/Ge, които показват коефициент на фотоелектрическо преобразуване от 32%. В същото време в действителност бяха поставени много по-високи рекордни цифри.

През 2013 г. Sharp създаде трислойна соларна клетка на базата на индиево-галиев арсенид, която показа ефективност от 44,4%. Техният рекорд е надминат през същата година от учени от Института Фраунхофер за слънчеви енергийни системи. Те използваха френелови лещи при проектирането на своята фотоклетка, която постигна показател от 44,7%. Година по-късно те надминаха себе си и благодарение на специалното фокусиране лещите успяха да постигнат ефективност от 46%.

Съвременни разработки

Една от перспективните области е превръщането на всички спектри на радиация в електричество. Разработки в тази посока се извършват от много фирми, институти, научни центрове и резултатите вече са налице.

Теория на наноантените

Идеята за преобразуване на слънчевата радиация в електрически ток, използвайки принципа на коригираща антена, работеща в оптичния диапазон на дължината на вълната от 0,4-1,6 микрона, се появи през 1972 г. и принадлежи на Р. Бейли. Потенциалната ефективност на такива антени на теория ще бъде 85%. Първият опит за създаване на соларен преобразувател с помощта на наноантени беше направен през 2002 г. от ITN Energy Systems, но беше неуспешен. Въпреки това тази техника се счита за най-обещаващата и изследванията продължават.

Днес този материал, като алтернатива на силиция, е най-популярен сред производителите. Цената му е много по-евтина, което в крайна сметка има положителен ефект върху цената на продукта. Освен това съдържа токсично олово, което се опитват да заменят от дълго време. Група холандски учени, работещи по този въпрос, случайно направиха откритие.

Оловото беше заменено с калай и по време на тестовите изследвания беше забелязан странен феномен. „Горещи електрони“, тоест електрони с повишена енергия, я отдадоха за няколко наносекунди, вместо за няколкостотин фемтосекунди, което е много по-дълго. В конвенционалните панели такива електрони се преобразуват в топлина, а не в електричество. В този случай, поради бавността на електроните, става възможно те да се превърнат в електричество, преди да станат топлина.

Засега учените откриват защо горещите електрони забавят своето разпръскване и как могат да бъдат накарани да се разпръскват още по-бавно. Според професора по фотофизика и оптоелектроника М. Лой, теоретичните прогнози за ефективността на такава батерия ще бъдат 66%.

Идеално излъчване

За да реши проблема с лек елемент, поглъщащ целия спектър на слънчевата радиация, екип от изследователи от Хайфа (Израел) предложи нестандартно решение. В експерименти те решават да превърнат слънчевата светлина в идеална радиация. За целта те разработиха и използваха уникален фотолуминесцентен материал. Подобна технология се използва в LED лампи, където диодният блясък се абсорбира от луминофора и се превръща в блясък, който е оптимален за човешкото възприятие. В случай на елемент, материалът преобразува целия спектър на радиация в светлина, която идеално се абсорбира от панела. Според млади учени трансформацията на светлината ще увеличи превръщането й в електричество с до 50%.

Многослойни панели за покривен монтаж

Преди това учени от Университета на Нов Южен Уелс предложиха концентриране на слънчевата радиация с помощта на огледала. Тази техника направи възможно значително повишаване на ефективността на елементите. Днес тази технология се използва в много слънчеви електроцентрали, но за батерии, инсталирани на покривите на частни къщи, такъв дизайн е невъзможен. Разработчиците на немския научен център Agora Energiewende предложиха да се увеличи ефективността на преобразуване на неконцентрирана светлина до 53%.

Тяхното изобретение се основава на многослоен панел, способен да абсорбира 4 диапазона светлина. Специален пречупващ слой отразява инфрачервения спектър към силиконовата част и предава останалата част от светлината към трислойния панел. Първият слой е индиево-галиев фосфид, вторият е индиево-галиев арсенид, а третият е германий. Всеки поглъща светлина в определен диапазон и в резултат на това е възможно да се „изцеди“ максималната енергия.

Дизайнът е идеален на теория, но на практика покривните приложения са се сблъскали с проблеми с поддръжката. В момента се разработва за частния сектор, акумулаторът е по-подходящ за електроцентрали, но работата по подобряването му продължава.

Енергия ден и нощ

Разработките на китайски учени привлякоха особено внимание от много научни публикации. Това не е изненадващо, тъй като Китай държи лидерството в тази област и е най-големият доставчик на слънчеви панели, които са търсени по целия свят.

Китайските разработчици предложиха панел, който работи не само през деня, но и през нощта. Тайната се крие в слой от фосфор с дълго последващо сияние. През деня светлината, която не е погълната от фотоклетката, се задържа от фосфора, който свети през нощта, освобождавайки енергия към фотоклетките. Въпреки че ефективността през нощта е само 25%, такива батерии могат значително да подобрят ефективността на слънчевата енергия.

Инженерни решения

С разрастването на SES по света се появява нов проблем, особено актуален за европейските страни. За изграждането на такива електроцентрали е необходимо голямо пространство. До известна степен този проблем се решава чрез интегриране на фотоклетки в пътната настилка и инсталиране на светлинни приемници на покриви. Но често е необходимо да се модернизират покривните конструкции, а в някои случаи инсталацията противоречи на архитектурните характеристики. Неотложността от увеличаване на интеграционните възможности на слънчевите панели стана критична, така че водещи инженери и архитекти работят върху това днес.

Покрив от фотоклетки

Hanergy представи интересен дизайн на конференцията Solar Power International 2017 в Лас Вегас. Керемидите Hantiles са вълнообразни керемиди с вградени фотоволтаични клетки. Чрез комбинирането на покривен материал и фотоклетки се запазва естетическият вид на сградата, а покривната конструкция не се нуждае от допълнения. В допълнение, цената е по-евтина от закупуването на покрива и панелите поотделно.

Облицовка на стени със слънчеви панели

Швейцарският център за микротехнологии и електроника “CSEM” предложи нова технология за производство на панели за външна облицовка на стени, които също са слънчеви панели. Особеността е в запазването на качествата на облицовъчния материал. Панелите изглеждат монотонни и имат високи топло- и звукоизолационни свойства. Досега са представени само бели опции, но разработчиците казват, че всеки цвят е възможен.

Скоро вместо енергоспестяващи прозорци ще може да се поставят енергогенериращи. Иновативният прозорец от разработчиците на Националната лаборатория в Лос Аламос визуално не се различава от обикновените прозорци. В същото време те използват еднокамерен стъклен модул с вградени квантови точки на базата на манган върху външното стъкло и базирани на медно-индиев селенид квантови точки върху вътрешното стъкло. Стъклото действа като луминисцентен концентратор и поглъщайки светлината я пренасочва към краищата на рамката, където се преобразува в електричество от вградените фотоклетки.

Германските инженери от университета в Йена отидоха дори по-далеч. Предлагаха умни прозорци. Идеята за интелигентни прозорци не е нова. Преди това други разработчици предлагаха стъкло, което променяше полупрозрачността и генерираше електричество чрез ламинирани фотоклетки. Този път беше използвана принципно нова технология LaWin. Сега функциите на прозорците са добавени към възможността да работят като осветление и отопление.

Зареждайте в движение

Японски разработчици от института RIKEN и университета в Токио изобретиха ултратънка гъвкава слънчева клетка, която не се страхува от вода и натоварвания на опън. Чрез интегрирането на такава батерия в текстила е възможно да се създаде облекло с възможност за свързване на мобилни устройства или друга електроника.