Эффективность солнечных батарей рекордное значение в 29,15%

 Исследовательская группа Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) опубликовала в журнале Science статью о разработке тандемного солнечного элемента из перовскита и кремния. Его эффективность составила 29,15%, что пока является рекордным значением.

 

Предыдущее рекордное значение было равно 28%. Ученые рассчитывают довести эффективность тандемного солнечного элемента до 30%. Более того, они полагают, что и эта отметка может быть превышена.

 Сейчас основным материалом для солнечных элементов является кремний, а разработки с использованием перовскита (титаната кальция) ведутся параллельно. Ученые считают, что потенциал перовскита еще не раскрыт. Комбинируя оба материала, удалось получить прирост эффективности.

 Немаловажно, что использование перовскита и кремния не увеличивает стоимость солнечных панелей. Что касается долговечности, лабораторный образец размером 1 x 1 см после 300 часов работы сохранил 95% первоначальной эффективности.

источник: hi-tech.ua

Солнечные батареи сэкономят дизельное топливо!

 Экономия топлива - минимум 5-10%

 Швеция не славится солнечными днями и жарким летом. И все же шведский производитель грузовиков Scania считает, что это подходящее место для грузовиков с солнечными батареями. Но почему? Какие преимущества будут иметь солнечные батареи для грузовой отрасли?

 На самом деле легко понять, почему грузовики – идеальные кандидаты для использования солнечной энергии. У них есть огромные прицепы с плоскими стенками. Обычно они используются для рекламы, но также могут использоваться для выработки некоторой мощности, которая может снизить расход топлива. Проблема в том, что грузовики потребляют много энергии, поэтому мы до сих пор не видим электрических грузовиков. Но, может быть, солнечные батареи хоть немного помогут?

 Вот почему Швеция – идеальное место для его проверки: если он работает здесь, он будет работать везде. Шведский перевозчик Ernst Express собирается управлять гибридным грузовиком Scania с 18-метровым прицепом, обтянутым солнечными батареями. Он будет полностью покрыт солнечными батареями, а их площадь составит 140 квадратных метров. По оценкам инженеров, в Швеции такое количество солнечных панелей может производить 14 000 кВт-ч электроэнергии. Но что они могут сделать с грузовиком?

 Инженеры Scania выполнили предварительное моделирование, чтобы оценить, какие выгоды можно получить от использования грузовиков с солнечными панелями в Швеции. Они обнаружили, что возможна 5-10% экономии топлива. Принимая во внимание расход топлива грузовых автомобилей, на это приходится тысячи литров топлива и тонны выбросов CO2. Кроме того, это число будет еще больше в таких местах, как южная Испания, где на 80% больше солнечного света, чем в Швеции. Очевидно, что в основе этой системы будет гибридный грузовик Scania. В нем будут батареи, которые помогут ДВС, когда дела станут тяжелыми и менее эффективными. Но как только эти батареи будут полностью заряжены, солнечные батареи не перестанут работать. Например, когда грузовик стоит на стоянке на ночь или на выходных. Этот исследовательский проект направлен на то, чтобы выяснить, может ли прицеп подавать электричество в сеть, когда батареи грузовика полностью заряжены.

 Эрик Фалькгрим (Eric Falkgrim), руководитель отдела технологий в области проектирования транспортных средств в компании Scania R&D, сказал: «Солнечные элементы ранее использовались на лодках и караванах, но только для питания вспомогательного оборудования, такого как холодильники и плиты, а не реальной трансмиссии».

 Будет интересно посмотреть, к чему приведет этот исследовательский проект. Солнечные батареи, очевидно, дороги, и гибридные грузовики тоже не из дешевых. Однако огромная экономия топлива могла бы компенсировать эти затраты, побуждая автотранспортные компании инвестировать в грузовики с солнечными панелями. Особенно в местах, где больше солнечного света, чем в Швеции.

Источник: https://odnaminyta.com

В Швеции научились собирать и хранить солнечную энергию

 Шведские исследователи создали молекулу, которую можно использовать для эффективного сбора и хранения солнечной энергии.

 О молекуле, решающей проблему хранения энергии солнца, пишет издание "Популярная Механика", ссылающееся на сотрудников Университета Линчепинга.

 Молекула, созданная в результате моделирования на супер-компьютере, может существовать в двух разных формах. "Родительская" форма поглощает солнечную энергию, а "видоизмененная" форма представляет собой более энергоемкий вариант "родительской", и, при этом, является более стабильной. Благодаря такой "двуликости" солнечную энергию можно запасать более эффективно.

 Разработка шведских ученых относится к группе молекул, которые принято называть "молекулярными фото-переключателями". Такие молекулы всегда могут существовать в двух разных формах (изомерах), которые отличаются химической структурой. На структуру фото-переключателей влияет энергия света — то есть, свойства молекулы можно изменить при помощи воздействия солнечной энергией.

 Свойства молекулы сперва были изучены при помощи компьютерного моделирования, а затем ученые смогли подтвердить их в экспериментальных исследованиях. Теперь авторы проекта работают над способами извлечения энергии, запасенной в молекулярных фото-переключателях. Проект открывает большие перспективы в молекулярной электронике и фото-фармакологии.

источник: golos.ua

Солнечная энергия - вечная батарейка почти даром

 Вы когда-нибудь задумывались, что Человечество сжигает сотни миллиардов баррелей нефти, чтобы возобновить это количество у природы уйдет сотни миллионов лет. И только представить, что будет когда мы выкачаем из планеты все её ресурсы. Цены на нефть скачут и выходят из-под контроля, обрушиваются экономики целых стран, обостряются международные конфликты, и все это приводит к социальным беспорядкам. Тем временем над нашими головами уже 4,5 миллиарда лет висит совершенно бесплатный гигантский термоядерный реактор - Солнце.

 Все существующие электростанции мира производят 20 тыс. миллиардов Квт.ч. в год. Столько же можно получить если покрыть солнечными панелями площадь чуть больше 30 тыс. км. кв., это всего 2 сотые процента от всей площади суши Земли. Почему бы прямо сейчас не заставить какую нибудь пустыню солнечными панелями и начать собирать дармовую энергию. Ученые еще в конце 19 го века задумались как получить электроэнергию от Солнца. Солнечные батареи  состоят из набора солнечных элементов фотоэлектрических преобразователей, которые непосредственно превращают солнечную энергию в электрическую, этот процесс называется фото электрическим эффектом. Большинство солнечных элементов производят из кремния, который стоит сравнительно дорого, наибольшее распространение получили три вида фото-электрических преобразователей, из монокристаллической, поликристаллической и аморфного кремния, они отличаются технологией  производства,  что на прямую влияет на их эффективность,  кпд от 10-23%. Самый важный технический параметр солнечной батареи, от которого и зависит экономичность, это её полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности Солнечного света, падающего на батарею. Однако производство панелей, это по-прежнему космическая технология, в том смысле , что довольно дорогая и трудоёмкая.   Сначала обычный песок диоксид кремния  SiO2 проходят многоступенчатую обработку и очистку от примесей при высокой температуре, от чистоты кремния напрямую зависит эффективность батареи. После очистки твердый кремень помещают в тигель и 45 часов плавят при температуре 1500 градусов Цельсия. На выходе получаются заготовки строго упорядоченной структурой, после их разрезают на пластинки толщиной 2-3 человеческих волоса и собирают солнечные панели. Процесс дороговат и закрывать тепловые и нефтяные вышки  не торопятся.   Но тут работает правило Свенсена, что цена с каждым годом при удвоении производства будет снижаться. И тенденция к удешевлению действительно есть, в прошлом веке 80-х годах один ватт стоил 70 долларов, сейчас это несколько центов, уже есть намного дешёвые технологии производства, как печатание газет. Порошок из минерала Перовскита наносится специальным принтером на любую поверхность и делает из неё фотоэлементы, но пока эффективность очень мала и не большой срок службы. Учёные работают на совместимость долговечности кремния и дешевизной перовскита.  Аналитики прогнозируют увеличение производства солнечной энергии на 40% в год. Развитые страны уже взяли курс на избавление от ископаемых ресурсов, заменяя альтернативной энергией. Европейский союз планирует построить футуристическую станцию в Тунисе 4,5 Гвт. Энергии, которые по подводным кабелям переправят на Мальту, Италию и Францию.

Разновидности солнечных панелей

 Какие бывают солнечные панели преобразующих энергию от Солнца в электрическую на основе кремния. Каждые модули панели состоят из фотоэлементов класифицирующих на три вида: монокристалические, поликристалические и пленочные.

 Монокристалические панели производят методом Чхоральского. Для того чтобы получить кремниевый монокристалл, в расплав кремния с бором погружают затравочный кристалл и постепенно поднимают на несколько метров над поверхностью раствора, при этом за затравочным кристаллом вытягивается кристаллизирующийся раствор. 

Из полученной монокристаллической заготовки срезают кромки для того чтобы получить квадратные элементы и разрезают его на элементы толщиной примерно 0,3мм. После этого элементы легируют фосфором для добавления n-проводимости и создания p-n перехода, полируют, наносят анти-отражающее покрытие и токопродящие дорожки и мы получаем готовый к использованию монокристаллический фотоэлемент.

 Такой вид солнечной панели выглядит как силиконовые соты, или ячейки, которые соединены в одну структуру. После того, как очищенный монокристалл затвердевает, его разделяют на супер тонкие пластины, толщиной до 300 мкм. Такие готовые пластины соединены тонкой сеткой из электродов. В сравнении с поликристалическими батареями, такие стоят дороже, ведь технология их производства в разы сложнее. При этом такие батареи стоит выбрать хотя бы за их высокий коэффициент полезного действия(КПД) до уровня 23%. Кристалы направлены в одну сторону, зерна параллельны.

 Поликристаллические фотоэлементы производятся с помощью равномерного направленного охлаждения емкости с расплавом кремния и бора. При этом в емкости формируются однонаправленные гомогенные кристаллы размером от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Полученный блок поликристаллов обрабатывается так же, как и монокристаллическая заготовка.

 Для того чтобы получить поликристаллы, кремниевую субстанцию медленно охлаждают. Такой подход к технологии производства значительно дешевле чем в предыдущем типе панелей, поэтому и стоит этот вид дешевле. При этом для изготовления требуется меньше энергии, а это ещё раз благотворно действует на цену. Но чем-то же нужно жертвовать?   Поэтому у таких батарей КПД ниже — до 20%. Связано такое падение коэффициента с образованиями внутри поликристалла, которые снижают эффективность. кристаллы направлены в разную сторону, не параллельны.

 Пленочные батареи представляют собой гибкие солнечные панели. Этот вид, представляет собой напыление полупроводника на тонкопленочной подложке. Они гибкие по своей структуре, что позволяет разместить их на любой поверхности. Но производительность у них ниже. Так что полноценно конкурировать с кремниевыми модулями, пленочные солнечные панели пока не могут. Используют кристаллы кадмия и меди-индия. Плёночные панели — это следствие  развития источников питания на солнечной энергии. Путь, который продиктован в первую очередь необходимостью снижения цен на производство батарей и стремлением к повышению энерго-эффективности.

Сохранение солнечной энергии в жидком виде

Получение солнечной энергии с помощью солнечных батарей - это только половина дела. Эту энергию нужно где-то хранить для дальнейшего использования. В случае проточных батарей хранилище отводится в чаны с жидкостью. Теперь международная команда, возглавляемая учеными из Университета Висконсин-Мэдисон, создала новую версию этих солнечных батарей, которые являются эффективными и долговечными.

Чтобы сделать новое устройство, команда объединила несколько существующих технологий. Это тандемный кремниевый / перовскитный солнечный элемент в сочетании с батареей окислительно-восстановительного потока, которая, по словам команды, позволит людям собирать и хранить возобновляемую энергию в одном устройстве. Она не только эффективна, но и должна быть недорогой и достаточно простой, чтобы ее можно было использовать в домашних условиях. Энергетическая часть уравнения объединяет давний в отрасли материал - кремний - с многообещающим молодым материалом - перовскитом. Эти тандемные солнечные элементы оказались лучше, чем любой другой материал, так как эти два материала захватывают световые волны различной длины. Для хранения команда обратилась к расходной батарее. Традиционно эти устройства содержат две жидкости, помещенные в отдельные емкости, которые выполняют функцию электролитов. Электричество от солнечного элемента заряжает одну из жидкостей, где она может находиться более или менее бесконечно. Когда требуется энергия, две жидкости взаимодействуют в средней камере, создавая химическую реакцию, которая производит электричество. Источник: techno.bigmir.net

Принцип работы солнечной панели

 Солнечная батарея — устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом.   Набор объединенных фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Энергия вырабатывается в тот момент, когда на полупроводник попадают солнечные лучи и нагревают его. В результате этого внутри полупроводника высвобождаются электроны. Под действием электрического поля электроны начинают двигаться более упорядоченно, что и приводит к появлению электрического тока.

  В основе солнечной панели лежат фотоэлектрические ячейки, которые помещены внутрь общей рамы. Для создания таких ячеек чаще всего используется кремний, также  возможно использование и других полупроводников.

 Полупроводники (пластины из кремния), которые применяются  для изготовления кремниевых элементов, имеют  положительный и отрицательный заряженные электроны и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Избыток электронов под воздействием солнечного излучения  перемещаются из своего слоя и занимает свободное место в другом слое. Это принуждает  свободные электроны постоянно двигаться, перемещаясь из одной пластины в другую вырабатывая электрический заряд, который накапливается в аккумуляторе. Эффективность работы зависит от типа материала и принципа изготовления.

 В современных солнечных панелях в качестве полупроводника используется кремний, а начиналось все с селена, селен показал крайне низкий КПД, но сам кремний хорошо отражает световой поток, поэтому фотоэлементы батареи покрывают анти-бликовым покрытием придавая ему прочность и долговечность.