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.
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.
Приветствуем всех, кому не жаль потратить пару минут на получение интересной информации!
Итак, мы в очередной раз пополнили склад совершенно новой продукцией. Количество новинок не так велико, но зато какое!
С гордостью представляем вам линейку самых эффективных и эффектных солнечных панелей на российском рынке – линейку Eclipse от завода Seraphim, входящего в рейтинг самых надёжных производителей (Bloomberg присвоил Seraphim Solar статус TIER1 ещё в 2015 году).
К заказу доступны две модели солнечных батарей Серафим:
- Монокристаллическая панель Eclipse SRP-320-E01B
- Поликристаллическая панель Eclipse SRP-290-E11B
Первая модель выполнена в габарите стандартного монокристаллического 270 Вт модуля и при этом вырабатывает 320 экологически чистых Ватт. Вторая модель соответствует габариту 250 Вт поликристаллического модуля, но эффективность этой панели составляет 290 Ватт - выше, чем у классической монокристаллической батареи такого-же размера. Как удалось достичь такой эффективности? Очень просто и одновременно сложно! Нет никаких фокусов и махинаций: ячейки в солнечных батареях Eclipse уложены таким образом, что практически вся площадь панели занята кремнием, а эффективность всей батареи становится почти равна эффективности кремниевых ячеек, из которых она состоит. Правда ячейки в солнечных батареях Seraphim Eclipse тоже не совсем простые - они выполнены по особой технологии и фактически могут быть "склеены" друг с другом, что снижает потери на внутренних соединениях и также увеличивает итоговую мощность.
Фактически на текущий момент монокристаллическая солнечная батарея премиум класса Seraphim SRP-320-E01B является самой эффективной из имеющихся на Российском рынке.
Также в полку поставляемых нашей компанией моделей солнечных батарей произошло еще одно пополнение: инновационная "прозрачная" солнечная батарея GP Solar GPDP-265W60 мощностью 265 Ватт:
Данная модель представляет собой совершенно новую линейку солнечных батарей. Созданная из двух листов закаленного стекла, тонкая и частично прозрачная (в нашем случае на 10%) солнечная панель - однозначный тренд в мире солнечной энергетики. Предугадывая и возможно даже опережая скорый ажиотаж строителей и архитекторов, а также обычных пользователей мы представляем вам этот новый продукт. Прозрачные солнечные батареи подойдут для тех, кто заинтересован не просто в "утилитарной" составляющей солнечной электростанции, но и в реализации своих творческих, эстетических потребностей. Один - два года назад полупрозрачные панели были лишь любопытной новинкой на специализированных выставках, однако встретив взрывной интерес со стороны потребителей по всему миру Dual Glass продукты появились у каждого уважающего себя производителя. Футуристический дизайн явно намекает на необходимость применения его в архитектурных элементах – ведь находясь рядом с такой панелью будущее становится не только видимым, но и осязаемым.
Помимо стандартного своего предназначения в качестве атрибута крыш и наземных площадок, такие панели могут быть использованы, как основная поверхность стены, забора, навеса, могут стать отличной альтернативой оконным стеклам, либо сердцем архитектурной композиции - этот вопрос мы оставляем на ваше усмотрение. Отметим - прочность этих панелей достаточна для того, чтобы взрослый человек мог спокойно стоять на их поверхности (несущая способность составляет 5400 Па).
Конечно, безрамная технология, хорошо зарекомендовавшая себя ранее в микроморфных модулях Pramac и Hevel, отнюдь не новинка, однако в сравнении с аналогами эти батареи отличаются значительно большей эффективностью. Удельная мощность прозрачных солнечных батарей GPSolar GPDP-265W60 составляет 16,11%, что более чем в 2 раза выше, чем у микроморфных солнечных батарей. Это является неоспоримым преимуществом при организации солнечной электростанции на ограниченной площади крыши или навеса.
Помимо прочего, безрамная солнечная батарея с двумя слоями стекла имеет больший срок службы, поскольку в отличии от традиционных солнечных панелей с алюминиевой рамой не подвержена влиянию разницы между температурной деформацией алюминиевой рамы и стекла (что с годами приводит к повреждениям конструкции, особенно в условиях России, где солнечные батареи ежегодно подвергаются большим перепадам температуры).
Что касается крепления безрамных солнечных батарей - с этим также нет никаких трудностей. Наша компания уже много лет поставляет качественные , о чём давно знают установщики такого типа батарей по всей стране.
20 лет назад электричество, добытое из солнечной энергии, казалось нам просто фантастикой. Но уже сегодня 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 СБ Отличие 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 СБ Пластины 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 СБ Аморфные 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 СБ Особенность 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 СБ Многие 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 черепица Дабы 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 окно Буквально 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:
В последние годы человечество широко использует солнечные батареи в качестве альтернативного источника энергии. Используемые сегодня керамические фотоэлементы в системах преобразования солнечного излучения в электрическую энергию, постоянно совершенствуются с целью увеличения КПД. Кроме того, традиционные панели, которые не всегда вписывались в дизайн экстерьера постепенно уходят в прошлое, а на смену им приходят новые дизайнерские конструкции.
Чтобы не испортить внешний вид дома, необходимо использовать солнечную черепицу с интегрированными фотоэлементами. Такое кровельное покрытие способно совмещать свои основные функции, связанные с защитой жилища с выработкой электроэнергии, которая может использовать для бытовых нужд. При использовании для кровли солнечной черепицы имеется возможность сбрасывать излишки получаемой электроэнергии в общую электросеть, таким образом, уменьшая собственные затраты.
На современном рынке самым известным зарубежным производителем является английская компания«Solar Slate», которая выпускает высококачественные кровельные изделия с встроенными фотоэлементами, которые даже при близком расстоянии невозможно отличить от стандартного покрытия.
Уверенно себя чувствует на рынке и российская компания «Инноватикс», которая производит черепицу с встроенными фотоэлементами мощностью 6, 8 и 10 Вт. Причем отличительными особенностями изделий является следующее:
- Количество используемого при производстве полупроводникового материала уменьшено в 4 раза;
- Специальная оптическая система позволила достичь четырехкратной концентрации солнечного излучения.
Такие конструкторские новшества позволили снизить стоимость изделий. И на сегодня цена солнечной черепицы от отечественного производителя приблизительно в 3 раза ниже зарубежных аналогов.
Основные достоинства любой солнечной черепицы:
- Длительный срок эксплуатации, который может составлять более 20 лет;
- Малый вес панелей, что не утяжеляет кровельную конструкцию;
- Высокая прочность и устойчивость к неблагоприятным атмосферным явлениям.
Монтаж солнечной черепицы не сложен. Важно, что панели с фотоэлементами полностью совместимы со стандартными изделиями и могут устанавливаться в нужном месте кровли, полностью сочетаясь с общим покрытием.
Видео “солнечная черепица”:
Не так давно на рынке использования солнечной энергии появились инновационные разработки, предполагающие использование оконных стекол в качестве солнечных батарей. Американская компания «Pythagorus Solar Windows» предложила устанавливать фотоэлементы непосредственно в стеклопакетах.
Такие модули оптимально использовать в городских высотках, которые требуют больших затрат электроэнергии. При этом нет возможности покрывать ее расход, используя традиционные солнечные батареи в связи с малой площадью кровли.
Технология предусматривает установку тонких полос кремниевых фотоэлементов непосредственно между стеклами в стеклопакетах. В этом случае они не только будут вырабатывать электроэнергию, но и защищать внутренние помещения зданий от перегрева, блокируя солнечные лучи. По внешнему виду такие окна напоминают открытые жалюзи, поэтому не перекрывают вид из окна.
Другие разработчики предлагают для окон использовать стекла со специальным полупрозрачным покрытием. Такой слой является активным и преобразует световое излучение в электрическую энергию, которая аккумулируется в специальных полупрозрачных проводниках.
Видео на английском:
Сегодня учеными разработан гибридный солнечный элемент, который позволяет для выработки электроэнергии использовать не только световое излучение, но и тепло. В конструкции такой панели фотоэлемент соединен с полимерными пленками. Сегодня в процессе самых оптимальных характеристик ученые экспериментируют с различными материалами.
Наиболее эффективным показал себя чистый полимер с хорошей проводимостью под названием PEDOT. Такая пленка покрывается тонкопленочным солнечным элементом и устанавливается на специальную пироэлектрическую тонкую пленку и термоэлектрическое устройство. С помощью данных компонентов производится преобразование тепловой энергии в электричество.
Экспериментальным путем было установлено, что нагреваясь под солнечными лучами, такое устройство может собирать в 20 раз больше энергии в сравнении со стандартными солнечными модулями.
Видео “новые гибридные солнечные батареи” (на английском):
Солнечные батареи на основе квантовых точек
Группой ученых университета Торонто был создан принципиально новый материал, который позволяет преобразовывать солнечное излучение в электрическую энергию. Принцип его изготовления основан на использовании полупроводниковых наночастиц, которые имеют название квантовые точки.
Взвесь полупроводниковых наночастиц легко может наноситься на любую поверхность, подобно аэрозоли. Такой инновационный подход существенно снижает стоимость производства солнечных батарей, а, следовательно, предполагает уменьшения стоимости солнечной энергии.
Результаты исследований показали, что новый материал позволит создать высокоэффективные системы преобразования светового излучения в электрическую энергию.
Солнечные батареи на базе биологической энергии
Группа ученых Кембриджского университета уже в течение нескольких лет занимается разработкой солнечных батарей нового поколения, работающих на базе биологической энергии от фотосинтеза растений. К сожалению, пока не удалось достичь значительного прорыва в этой области, и КПД от таких систем зафиксирован на уровне 0,1 %. Но, тем не менее, такие разработки заслуживают внимания в связи с низкой затратностью и простотой внедрения.
Сегодня учеными разрабатываются уникальные концепции биологических солнечных батарей. К примеру, среди вариантов имеются:
- Лампы, источником питания для которой является мох;
- Колонии «зеленых мачт» из быстрорастущих растений, которые могут стать украшением любого города;
- Отдельные панели для домашнего использования;
- Офшорные электростанции, напоминающие по внешнему виду листья кувшинок.
Солнечные батарее нового поколения позволят в недалеком будущем использовать в максимальном количестве солнечную энергию. Это позволит обеспечить электроэнергией самые отдаленные места на планете и заменить традиционные источники электроэнергии экологически чистыми и возобновляемыми.