Технология изготовления солнечных батарей: Страница не найдена • Солнечная энергия

Изготовление кремниевых солнечных фотопреобразователей | ВИЭ от Avenston

Стандартный тестер состоит из эталонного солнечного элемента и встроенного компьютера, обобщающего полученные при измерении значения и приводящий их к значениям, которые были бы получены при полном соблюдении стандартов измерения. Это только на первый взгляд измерение представляется достаточно простой и тривиальной задачей, но на самом деле, чтобы получить корректные значения, необходимо учесть целый ряд факторов, основными из которых можно выделить следующие:

• Поскольку вырабатываемый солнечным элементом электрический ток прямо пропорционален интенсивности освещения, при проведении тестирования необходимо добиться стабильности освещенности, её значение должно быть известным и постоянным.
• Необходимо достичь как можно большей однородности света по всей поверхности тестируемой панели.
• Спектральное распределение создаваемой освещенности должно максимально точно соответствовать спектральному распределению, характерному для естественного солнечного света.
• Необходимо определить температуру солнечного элемента и поддерживать её фиксированной на протяжении всего времени тестирования.
• Потребуется исключить нестабильность напряжения в электрической цепи измерительного комплекса и непосредственно на контактах – падение напряжения существенно влияет на точность проводимых измерений.

Добиться однородности излучения можно, воспользовавшись двумя самыми распространенными способами:

• Задействовать точечный источник излучения – в этом случае необходимой однородности можно добиться, разнеся тестируемый образец солнечной панели и источник света на значительные расстояния, например, на несколько десятков метров.
• Воспользоваться специальной оптикой с рассеивающими и отражающими элементами – достаточно сложный в плане практической реализации способ, ведь в этом случае придется постоянно контролировать настройку оборудования, своевременно внося необходимые коррективы. Кроме того, потребуется компенсировать влияние рефлектора (а также и прочих используемых оптических приборов) на спектральное распределение мощности излучения, применив дополнительную фильтрацию.

В первом варианте необходимо часто контролировать и настраивать оборудование, а также компенсировать влияние рефлектора и других оптических элементов на спектральное распределение с помощью дополнительной фильтрации, что приводит к большим трудностям в использовании. Во втором варианте необходимо однородность достигается разнесением источника и тестируемого образа на значительное расстояние. Наиболее распространенными в промышленности являются импульсные тестеры с ксеноновой лампой.

Итак, выше были изложены основы традиционной технологии, разработанной в Украине и внедренной в серийное производство. Это была, наверное наиболее распространенная технология создания кремниевых солнечных элементов с контактами, нанесенными методом трафаретной печати. Как может показаться, процесс производства фотоэлектрических преобразователей достаточно простой по сравнению с изделиями традиционной микроэлектроники. Но это только на первый взгляд. На самом деле в технологии фотоэлементов существует огромное множество трудностей, подводных камней и нюансов.

Солнечные батареи космического и наземного применения

К проблеме освоения энергии солнечного света привлечено в настоящее время внимание специалистов разных научных дисциплин. Особенно большие успехи достигнуты на пути создания полупроводниковых солнечных элементов и батарей различных конструкций. Все больше, легче и мощнее становятся солнечные батареи (СБ) космических аппаратов и станций, все шире их применения на земле, все выше КПД и разнообразнее их свойства.

Развитие теории и опыт прошлых лет позволили описать физические механизмы фотоэффекта, определить источники потерь мощности в ФЭП, объяснить реально полученные КПД и указать пути их повышения. Зонная теория твердых тел в сочетании с термодинамикой системы полупроводник-излучение позволил сделать оптимальный выбор исходного полупроводника, введя понятие и определив значение предельного теоретического КПД. И хотя не всегда удавалось довести уровень знаний к пониманию всех сложных электронных процессов, происходящих в объеме полупроводника или на его поверхности — контактах с воздухом, металлами или другими веществами.

Однако, как правило выяснялось, как можно избежать влияния негативных явлений, усилить роль положительных и разработать модели совершенствования.

Необычные эксплуатационные условия (невесомость, глубокий вакуум, контрастные изменения температуры) не позволяют широко использовать в условиях космоса известные на Земле традиционные методы получения электричества. Поэтому основным источником электроэнергии для космических аппаратов являются солнечные батареи. И развитие космической техники требует дальнейшего совершенствования и повышения их технико-экономических показателей. Работа в космосе предъявляет СЕ очень жесткие и порой противоречивые требования. Действительно, поглощая максимум мировой энергии, они не должны перегреваться. В то время как диоды и транзисторы размещаются в герметичных, иногда теплоизолированных приборных отсеках, панели солнечных элементов нагреваются до 80 ° С, когда их освещает Солнце, и остывают до -150 ° С при заходе космических аппаратов в тень Земли. Кроме этого, солнечные батареи должны обладать способностью длительное время противостоять потокам корпускулярного излучения, воздействия частиц высоких энергий и метеоритным потокам.

Но не менее жесткие требования предъявляются к фотоэлектрическим преобразователям эксплуатируемым в наземных условиях. Это связано с растущим спектром применения СБ Украины. Сначала солнечные батареи использовались только в портативной технике, срок службы и энергопотребление которых невелика. Сейчас ФЭП используются как автономные источники питания для систем навигации и связи, систем телекоммуникаций и дополнительные источники электроэнергии, которые работают в часы пиковой нагрузки в электросети. Эти источники энергии должны обладать большой мощностью, большим сроком службы и устойчивостью к климатическим условиям. Сами же ФЭП должны быть недорогими и иметь возможность соединения в большие батареи.

Наибольшее распространение получили кремниевые ФЭП, что связано с хорошо развитой технологией, относительной дешевизной сырья и хорошими параметрами кремния с точки зрения непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую. Основными направлениями улучшения параметров фотоэлектрических преобразователей являются: оптимизация параметров существующих преобразователей, совершенствование технологии изготовления ФЭП с целью снижения материальных и энергетических затрат на их изготовление, применение новых материалов в технологии ФЭП.

Об этом и многом другом мы будем писать еще не раз.

Влияние дефектов на количество ФЭП

В полупроводниковых материалах, используемых при производстве фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), сначала имеют место дефекты различного типа, которые зависят в первую очередь от способа и условий получения полупроводника. Активность дефектов определяется их типом, размером поля деформации, взаимодействием дефектов друг с другом и примесями, расположением дефектов по отношению к активным областям ФЭП, типу и особенностями изготовления ФЭП.

Различные термические и механические процессы, которые имеют место на всех этапах изготовления твердотельных ФЭП, могут приводить к появлению новых структурных дефектов, а также дополнительных примесей в обрабатываемом материале. Кроме того, в ходе проведения технологических операций возможны изменения природы существующих дефектов и развитие новых дефектов. Дефектообразования на каждой стадии технологического процесса сильно зависит от предыдущих операций и режимов проведения дальнейших операций.

Структурные дефекты существенно влияют на продолжительность жизни носителей заряда и удельное сопротивление материала, что приводит в результате к изменению вольтамперных характеристик ФЭП. Дефекты вызывают увеличение токов утечек, приводят к появлению локального пробоя p-n перехода, неоднородности фронта диффузии примесей, обрыва металлизации, проколов оксида, в свою очередь приводит к деградации ФЭП, а также снижение процента выхода годных изделий и их надежности.

Дефекты конструкции кремниевых ФЭП

К выходным дефектам структуры фотоэлектрических преобразователей относятся агломераты точечных дефектов, дислокации и их скопления, планарные дефекты типа двойников, дефекты упаковки, границы зерен, а также преципитаты и микродефекты, которые расположены внутри зерен, макродефектов материала и т.п. Отклонение в ходе проведения технологических операций, загрязнение поверхности и объема полупроводникового материала, жидких и газообразных технологических сред, термические и механические процессы также приводят к появлению и развитию дефектов, связанных с несовершенством конструкции ФЭП.

При исследовании образцов были обнаружены следующие виды конструктивных дефектов кремниевых ФЭП: дефекты структуры и загрязнения поверхности кремниевых пластин, дефекты структуры антиотражающего покрытия (АОП), неравномерность глубины залегания тыльной изотипных переходов, механические сколы по периметру пластин, дефекты контактной металлизации.

Остатки нарушенного слоя кремния приводят к увеличению скорости поверхностной рекомбинации и уменьшения спектрального отклика ФЭП. Неравномерность высоты пирамид текстуры может быть причиной неравномерности толщины АОП и, соответственно, увеличения интегрального коэффициента оптического отражения от поверхности ФЭП. Наличие на поверхности пластин частиц металла и других загрязнений приводит к шунтированию эмиттерного перехода.

Трещины и поры в АОП возникают при высокотемпературной обработки пластин вследствие различия коэффициентов термического расширения материала покрытия и кремния. Эти дефекты приводят к уменьшению оптического коэффициента пропускания АОП и увеличения оптических потерь.

Неравномерность глубины залегания тыльной изотипного перехода возможно при неоптимальных или нестабильных режимах нанесения и вжигания алюминия на тыльной поверхности ФЭП. Уменьшение глубины тыльной изотипного перехода приводит к росту скорости рекомбинации на тыльной поверхности пластины и снижения напряжения холостого хода прибора.

Механические сколы появляются при контактах пластин с технологическим оснащением, пинцетами и т.п., а также в результате неаккуратных манипуляций с пластинами. Механические с тех пор являются причиной образования в пластинах микротрещин, которые приводят к существенной деградации электрических параметров ФЭП.

К дефектам контактной металлизации относятся:

• разрывы и неравномерность ширины серебряной контактной шины, появление белых участков и отклонения геометрии рисунка металлизации вследствие дефектов трафарета при нанесении контактов методом трафаретной печати;
• неравномерность толщины металлизации;
• отсутствие адгезии лицевой или тыльной контактной металлизации в результате отклонения от оптимальных режимов вжигания и загрязнений на поверхности пластин
• отслаивание и отпадение алюминиевой металлизации из-за разницы коэффициентов термического расширения кремния и алюминия.

Дефекты контактной металлизации приводят к возникновению механических напряжений пластин, уменьшение плотности тока короткого замыкания и невозможности соединения ФЭП в модуле для получения заданных значений тока и напряжения в рабочей точке.

Снижение потерь энергии в ФЭП наземного применения

Для снижения оптических потерь, связанных с неполным использованием падающего на поверхность фотоэлектрического преобразователя излучения, в настоящее время наиболее широко применяются следующие методы:

• структурирования поверхности приводит к снижению интегрального коэффициента отражения ФЭП;
• нанесение на поверхность ФЭП одно- или двухслойного антиотражающего покрытия;
• уменьшение площади контактов на лицевой поверхности для снижения потерь на затенение;
• нанесение на тыльную поверхность ФЭП металлического слоя увеличивает эффективность поглощения длинноволнового излучения за счет его многократного прохождения через объем полупроводника;
• уменьшение глубины эмиттерного перехода и снижение концентрации легирующей примеси вблизи лицевой поверхности для повышения чувствительности ФЭП в коротковолновой части спектра.

Электрические потери энергии обычно уменьшаются с помощью следующих методов:

• выбор оптимального шага и толщины контактных шин на лицевой поверхности для снижения последовательного сопротивления ФЭП;
• использование гетерирующих обработок, увеличивают время жизни неосновных носителей заряда;
• пассивация лицевой поверхности для снижения скорости поверхностной рекомбинации;
• пассивация тыльной поверхности и создания изотипних перехода;
• минимизация площади контактов и дополнительное легирование приконтактных областей для уменьшения рекомбинационных потерь на границе раздела металл-полупроводник.

Ниже вы можете ознакомиться с наглядным графиком, который иллюстрирует последние достижения по эффективности фотоэлектрических преобразователей, изготовленных по различным технологиям.

Особенности производства солнечных батарей

Солнечная фотовольтаика, по сравнению с другими альтернативными способами получения электрической энергии, обладает существенным экологическим преимуществом. Ведь для производства солнечных батарей, в первую очередь, требуется кремний. А это второй по распространённости химический элемент в земной коре.

В качестве основного сырья используют кварцевый песок определённых пород. Такой песок обладает высоким массовым содержанием двуокиси кремния и подходит для дальнейшей обработки. Получение очищенного технического кремния является отправной точкой солнечного производственного цикла.

Технология включает в себя этапы высокотемпературного плавления сырья, и процессов синтеза при добавлении различных химических веществ. В результате достигается необходимая степень очистки кремния от посторонних примесей. Массовое содержание кремния, предназначенного для солнечного производства, составляет, в итоге, не менее 99,99 %.

Солнечный кремний различают трёх основных видов – монокристаллический, поликристаллический и аморфный.

Монокристаллический кремний легко узнать по его однородному цвету, вызванному однородной структурой кристалла. Такой кремний получается выращиванием слитков в специальных печах — тиглях, при постоянном вращении. Для придания кристаллографической ориентации, которую наследует весь слиток, применяется затравочный монокристалл.

Поликристаллический кремний отличается тем, что в процессе химического осаждения паров, множество мелких кристаллов затвердевает рядом друг с другом в произвольной ориентации. Эта технология производства, как правило, менее дорогостоящая. Поэтому солнечные батареи для дома на основе поликристаллов обладают меньшей стоимостью.

Готовые слитки монокристаллического кремния имеют круглую форму в поперечном сечении, поэтому, как правило, подвергаются механической обработке для придания им псевдоквадратной формы. После этого слитки нарезаются на тонкие пластины с применением алмазных пил, или по технологии проволочной резки. Полученные пластины очищают от следов суспензии. Затем производится контроль правильности геометрических параметров пластин, и визуальная проверка поверхностей на отсутствие брака.

После тщательного окончательного тестирования, монокристаллические и поликристаллические пластины становятся основой для производства солнечных элементов, состоящих из двух слоёв кремния — p- и n-типа.

Солнечные элементы спаиваются между собой проводниками в одной плоскости. Совокупности ячеек наиболее правильно называть солнечными модулями (или фотоэлектрическими модулями). Они, как правило, имеют сплошной лист закалённого текстурированного стекла на верхней (освещаемой) стороне. Это стекло хорошо пропускает свет, в том числе рассеянный, одновременно обеспечивая герметизацию и защиту полупроводниковых пластин от механических повреждений и влажности.

Последовательное подключение солнечных ячеек, позволяет добиться определённого уровня напряжения. Параллельное подключение увеличивает силу возникающего тока. Объединяя последовательно и параллельно соединённые элементы, можно добиться необходимых электрических параметров всего фотоэлектрического модуля.

Сами фотоэлектрические модули, могут также объединяться между собой последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно для получения требуемых параметров по силе тока и напряжению.

Возникающий ток используется для питания различных приборов, а также для накопления электроэнергии в аккумуляторах.

Как сделать солнечные батареи своими руками.

В мастер-классе показывается изготовление солнечной панели из 36 поликристаллических солнечных элементов размером 81×150 мм. Исходя из этих размеров, можно вычислить размеры будущей солнечной батареи. При расчете размеров важно между элементами делать небольшое расстояние, которое будет учитывать изменение размеров основы под атмосферным воздействием, то есть между элементами должно быть 3–5 мм. Результирующий размер заготовки должен быть 835х690 мм при ширине уголка 35 мм.

Подбор и пайка солнечных элементов

В настоящий момент на аукционе Еbay представлен огромный ассортимент изделий для самостоятельного изготовления солнечных батарей.
Так как солнечная батарея, сделанная своими руками, практически в 4 раза дешевле готовой, самостоятельное изготовление — это значительная экономия средств. На Еbay можно приобрести солнечные элементы с дефектами, но они не теряют своей функциональности, таким образом, стоимость солнечной батареи может существенно сократиться, если вы можете дополнительно пожертвовать внешним видом батареи.

При первом опыте лучше приобретать наборы для изготовления солнечных панелей, в продаже имеются солнечные элементы с припаянными проводниками. Пайка контактов — это достаточно сложный процесс, сложность усугубляется хрупкостью солнечных элементов.

Если вы приобрели кремниевые элементы без проводников, то сначала необходимо провести пайку контактов.
Пайка элементов — это достаточно кропотливая работа. Если не удастся получить нормального соединения, то необходимо повторить работу. По нормативам серебряное напыление на проводнике должно выдерживать 3 цикла пайки при допустимых тепловых режимах, на практике сталкиваешься с тем, что напыление разрушается. Разрушение серебряного напыления происходит из-за использования паяльников с нерегулируемой мощностью (65Вт), этого можно избежать, если понизить мощность следующим образом — нужно последовательно с паяльником включить патрон с лампочкой в 100 Вт. Номинальная мощность нерегулируемого паяльника слишком высока для пайки кремниевых контактов.

Даже если продавцы проводников уверяют, что припой на соединителе имеется, его лучше нанести дополнительно. Во время пайки старайтесь аккуратно обращаться с элементами, при минимальном усилии они лопаются; не стоит складывать элементы пачкой, от веса нижние элементы могут треснуть.

Сборка и пайка солнечной батареи

При первой самостоятельной сборке солнечной батареи лучше воспользоваться разметочной подложкой, которая поможет расположить элементы ровно на некотором расстоянии друг от друга (5 мм).

Основа выполняется из листа фанеры с маркированием уголков. После пайки на каждый элемент с обратной стороны крепится кусок монтажной ленты, достаточно прижать заднюю панель к скотчу, и все элементы переносятся.
При таком типе крепления сами элементы дополнительно не герметизируются, они могут свободно расширяться под действием температуры, это не приведет к повреждению солнечной батареи и разрыву контактов и элементов. Герметизации поддаются только соединительные части конструкции. Такой вид крепления больше подходит для опытных образцов, но вряд ли может гарантировать долгосрочную эксплуатацию в полевых условиях.

Последовательный план сборки батареи выглядит так:



Основные проблемы сборки солнечной панели связаны с качеством пайки контактов, поэтому специалисты предлагают перед герметизацией панели ее протестировать.

Тестирование можно делать после пайки каждой группы элементов. Если вы обратите внимание на фотографии в мастер-классе, то часть стола под солнечными элементами вырезана. Это сделано намеренно, чтобы определить работоспособность электрической сети после пайки контактов.

Герметизация солнечной панели

Герметизация солнечных панелей при самостоятельном изготовлении — это самый спорный вопрос среди специалистов. С одной стороны, герметизация панелей необходима для повышения долговечности, она всегда применяется при промышленном изготовлении. Для герметизации зарубежные специалисты рекомендуют использовать эпоксидный компаунд «Sylgard 184», который дает прозрачную полимеризованную высокоэластичную поверхность. Стоимость «Sylgard 184» на Еbay составляет около 40 долларов.

С другой стороны, если вы не хотите нести дополнительные затраты, вполне можно использовать силиконовый герметик. Однако в этом случае не стоит полностью заливать элементы, чтобы избежать их возможного повреждения в процессе эксплуатации. В таком случае элементы к задней панели можно прикрепить при помощи силикона и герметизировать только края конструкции. Насколько эффективна такая герметизация, сказать сложно, но использовать не- рекомендованные гидроизоляционные мастики не советуем, очень высока вероятность разрыва контактов и элементов.


Схема электроснабжения дома

Системы электроснабжения домов с использованием солнечных батарей принято называть фотоэлектрическими системами, то есть системами, обеспечивающими генерацию энергии с использованием фотоэлектрического эффекта. Для индивидуальных жилых домов рассматриваются три фотоэлектрические системы: автономная система энергообеспечения, гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система, безаккумуляторная фотоэлектрическая система, подключенная к центральной системе энергоснабжения.

Каждая из систем имеет свое предназначение и преимущества, но наиболее часто в жилых домах применяют фотоэлектрические системы с резервными аккумуляторными батареями и подключением к централизованной энергосети. Питание электросети осуществляется при помощи солнечных батарей, в темное время суток от аккумуляторов, а при их разрядке — от центральной энергосети. В труднодоступных районах, где нет центральной сети, в качестве резервного источника энергоснабжения используются генераторы на жидком топливе.

Более экономной альтернативой гибридной батарейно-сетевой системе электроснабжения будет безаккумуляторная солнечная система, подсоединенная к центральной сети энергоснабжения. Электроснабжение осуществляется от солнечных батарей, а в темное время суток сеть питается от центральной сети. Такая сеть более применима для учреждений, потому что в жилых домах большая часть энергии потребляется в вечернее время.

Рассмотрим типичную установку батарейно-сетевой фотоэлектрической системы. В качестве генератора электроэнергии выступают солнечные панели, которые подсоединены через соединительную коробку. Далее в сети устанавливается контроллер солнечного заряда, чтобы избежать короткого замыкания при пиковой нагрузке. Электроэнергия накапливается в резервных батареях-аккумуляторах, а также подается через инвертор на потребители: освещение, бытовую технику, электроплиту и, возможно, используется для нагревания воды. Для установки системы отопления эффективнее применять гелиоколлекторы, которые относятся к альтернативной гелиотехнологии.

Существует два типа электросетей, которые используются в фотоэлектрических системах: на базе постоянного и переменного тока. Использование сети переменного тока позволяет размещать электропотребители на расстоянии, превышающем 10–15 м, а также обеспечивать условно-неограниченную нагрузку сети.

Для частного жилого дома обычно используют следующие комплектующие фотоэлектрической системы:

• суммарная мощность солнечных панелей должна составлять 1000 Вт, они обеспечат выработку около 5 кВт ч;
• аккумуляторы с общей емкостью в 800 А/ч при напряжении 12 В;
• инвертор должен иметь номинальную мощность 3кВт с пиковой нагрузкой до 6 кВт, входное напряжение 24–48 В;
• контроллер солнечного разряда 40–50 А при напряжении в 24 В;
• источник бесперебойного питания для обеспечения кратковременного заряда с током до 150 А.

Таким образом, для фотоэлектрической системы электроснабжения понадобится 15 панелей на 36 элементов, пример сборки которых приведен в мастер-классе. Каждая панель дает суммарную мощность в 65 Вт. Более мощными будут солнечные батареи на монокристаллах. Например, солнечная панель из 40 монокристаллов имеет пиковую мощность 160 Вт, однако такие панели чувствительны к пасмурной погоде и облачности. В этом случае солнечные панели на базе поликристаллических модулей оптимальны для использования в северной части России.

Новая технология изготовления солнечных батарей.

Под давлением: Новая технология может удешевить и упростить изготовление  гибких солнечных батарей больших размеров.

Совершенно новая технология химического процесса под высоким давлением, позволяет производить огромные листы тонкопленочных кремниевых полупроводников при низких температурах в менее простых реакторах по сравнению с текущими технологиями, их размерами и стоимостью.

«Мы разработали новый подход к созданию тонкопленочных проводников большой площади без использования плазмы» сказал Джон Беддинг, профессор химии, физики, материаловедения и инженерии в Университете штата Пенсильвания. «Наша новая технология может упростить и удешевить изготовление гибких полупроводников большой площадью, которые используются в плоских панельных мониторах и в солнечных батареях, которые являются коммерчески важными полупроводниками».

Тонкопленочные кремниевые полупроводниковые приборы, как правило, изготавливаются с помощью способа химического осаждения, в котором силан — газ, состоящий из кремния и водорода — подвергается химической реакции, добавляя атомы кремния и водорода в тонком слое, чтобы покрыть поверхность. В данный момент для создания функционирующего производства полупроводников химической реакцией, нанесение кремния на поверхность должно происходить при достаточно низкой температуре, чтоб атомы водорода наносились на покрытие, а не испарялись подобно пару в кипящей воде. С учетом современных технологий, эта низкая температура достигается за счет создания плазмы — состояние вещества похожего на газ, состоящий из ионов и свободных электронов в большом объеме газа при низком давлении. Эти дорогостоящие реакторы настолько большие и тяжелые, что возникают большие трудности в их транспортировки. Для генерации плазмы, они требуют очень большие объемы газа.

«С нашим новым методом, путем химического процесса под высоким давлением мы можем создать низкотемпературные реакции в намного меньших местах и с намного меньшим объемом газа”, сказал Бэддинг.

“Уменьшенное необходимое пространство позволяет нам, впервые, создавать полупроводники на многократных, сложенных поверхностях одновременно, а не на просто единственной поверхности. Чтобы максимизировать площадь поверхности, скатанные гибкие поверхности для солнечных батарей могут использоваться в очень простом и намного более компактном реакторе. Область получающегося скатанного полупроводника, после дальнейшей размотки, может приблизиться или даже превысить квадратный километр”. Исследование финансировалось Национальным научным фондом (грант № DMR-1107894)

Источник: www.technology.org

Изготовление солнечных панелей | Karbon CNS

Изготовление солнечных панелей в промышленных условиях

Фотоэлектрическая ячейка, вырабатывающая электричество под воздействием солнечного света, — это по своей сути полупроводник. Практика показала, что максимальной эффективностью обладают модули из кремния.

Фотоэлектрическая ячейка, вырабатывающая электричество под воздействием солнечного света, — это по своей сути полупроводник. Практика показала, что максимальной эффективностью обладают модули из кремния.

В природе этот химический элемент распространен повсеместно и в больших количествах. Но для изготовления фотопластин исходный материал в первоначальном виде не пригоден. Огромное количество примесей снизит КПД до нуля.

Для производства фотоэлектрических модулей кремниевое сырье следует очистить. Для этого разработаны две базовые технологии:

• выращивание монокристаллов;
• осаждение поликристаллической пленки.
  Обе технологии получили коммерческое развитие.

  Солнечные панели из монокристаллического кремния

  Исходное сырье расплавляется при температуре порядка 1450°С. В расплав помещается затравочный кристалл, который и становится центром монолитной структуры. Когда цельный кристалл достигает достаточных технологических размеров, он распускается на тонкие пластины. Они и становятся основой будущей солнечной батареи.

Таким образом получают наиболее однородные и чистые заготовки. Их коэффициент полезного действия в готовом модуле максимален. Но и стоимость производства в этом случае также максимальна.
Панели из монокристаллов обладают черным цветом и скругленными краями ячеек.

Солнечные панели из поликристаллического кремния

Эта технология проще, поэтому ощутимо дешевле. Сырье также расплавляют, но используются уже пары. Они охлаждаются, вследствие чего конденсируются и осаждаются в виде тонких пластин. Структура получается неоднородной и содержит некоторое количество примесей.

Достаточно чистые поликристаллические солнечные панели показывают вполне приличные эксплуатационные характеристики при низкой цене. Основная проблема в том, что низкокачественные изделия быстро деградируют. Если вы решили выбрать этот вариант, внимательно изучайте послужной список производителя.
Внешне солнечные панели из поликристаллов отличаются синим цветом и четкими углами отдельных ячеек.

Способы повышения КПД кремниевых солнечных панелей

Для улучшения функций на кремниевую основу наносят пленки из других элементов — арсения, галлия, меди, кадмия, селена, теллурия. Многослойная структура повышает срок службы и устойчивость к погодным условиям, при этом эффективность батарей остается на прежнем уровне. Тыльная сторона пластин защищается аморфным кремнием.

Солнечный модуль изготавливается из матрицы элементов, которые соединяются последовательно и параллельно через диоды Шоттки. Назначение диодов — отсечка затененных модулей при сохранении общей работоспособности солнечной батареи.

Специалисты «Карбон КНС» помогут подобрать солнечные батареи проверенных производителей с разумным сочетанием цены и качества. Планируете строительство солнечной электростанции — у нас будут лучшие условия.

Изготовление солнечных панелей на 3D-принтере

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики | Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике | Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере? | Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов | Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать все более активно используется в энергетической промышленности. Место аддитивного производства в отрасли возобновляемой энергетики представляет большой интерес. Взгляните на ситуацию с изменением климата: сегодня получение энергии из экологически чистых источников является одной из важнейших задач.

Объемы ископаемого топлива стремительно сокращаются, и поэтому мы видим все больше электромобилей, ветровых установок и солнечных батарей. Однако большинство из них далеки от совершенства, а производство по-прежнему требует больших затрат. К счастью, исследователи уже работают над солнечными батареями, которые можно печатать на 3D-принтерах, чтобы максимально эффективно использовать солнце – неисчерпаемый источник энергии.

Вы знали, что 3D-печать – превосходный метод изготовления солнечных батарей? Исследователи утверждают, что аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%, а батареи, напечатанные на 3D-принтерах, – эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. В этой статье рассказано об эффективном использовании 3D-печати в сфере возобновляемой энергии, а точнее, в гелиоэнергетике. Кроме того, здесь рассмотрены методы 3D-печати фотоэлектрических элементов для солнечных батарей, а также исследования, посвященные данным методам.

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики

Аддитивное производство используется во множестве отраслей и может быть крайне эффективно для изготовления источников энергии. Цифровое производство –  превосходный метод реализации проектов в энергетической отрасли: качество изделий растет, а затраты на производство сокращаются. Перед производителями возобновляемых источников энергии стоит задача сократить расходы на производство. Давайте выясним, почему производителям систем с питанием от солнечной энергии или других экологически чистых источников следует обратить внимание на 3D-печать.

3D-печать оптимизирует процесс разработки продукта

3D-принтер – отличный инструмент для прототипирования: благодаря ему растет производительность и сокращаются расходы. Используя ПО для 3D-моделирования, модели можно менять до тех пор, пока не будет получена идеальная конструкция. Перед изготовлением систем и деталей можно выполнить столько итераций, сколько потребуется. Благодаря скорости и точности 3D-печати упрощается и быстрое прототипирование.

Значительное сокращение расходов

Пытаетесь сократить расходы на прототипы и производство? Обратите внимание на 3D-печать. При ее использовании расходуется только необходимое количество материала, а выполнять итерации на 3D-принтере дешевле, чем методом литья под давлением, ведь вам не потребуется изготавливать новую пресс-форму и повторять весь процесс.

3D-принтеры повышают эффективность производства

Цифровые технологии подходят не только для прототипирования, но и для производства. У этих методов много преимуществ: например, на 3D-принтерах можно очень быстро изготавливать малые партии деталей. Кроме того, используя аддитивное производство, можно полностью управлять процессом и заказывать только необходимое количество деталей. Перечисленные особенности делают аддитивные технологии оптимальным решением для реализации всего проекта или изготовления отдельных деталей.

Аддитивные технологии – превосходный инструмент для научных исследований

Далее в статье мы поговорим о том, почему 3D-печать подходит для проверки ваших идей и работы с новыми материалами. Исследователи продолжают находить новые сферы применения 3D-печати: к примеру, она используется для производства экологически чистых энергетических устройств – таких как солнечные панели.

Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике

Что такое солнечные батареи?

Это блоки, преобразовывающие солнечную энергию в тепло или электричество. Они выполнены из фотоэлектрических элементов, в которых происходит ряд физических и химических явлений. Как правило, фотоэлектрические элементы делают из кристаллического кремния, однако сейчас активно разрабатываются новые материалы (недавний пример – технология тонкопленочных солнечных элементов). Качество и эффективность солнечных батарей, изготавливаемых традиционными способами, оставляют желать лучшего. Именно поэтому специалисты, изучающие аддитивные технологии, экспериментируют с целью создать высококачественные солнечные панели на 3D-принтерах.

Аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%

3D-печать – наилучшее решение для изготовления солнечных батарей

Одна из основных трудностей, возникающая в ходе разработки и производства возобновляемых источников энергии, – высокие затраты. Именно по этой причине такие источники доступны не всем. Мы видели, как 3D-печать подходит для реализации новых проектов, и производство солнечных батарей – отличный пример.

Прежде всего, для производства эффективных солнечных панелей высокого качества требуется множество исследований и разработок. Раньше фотоэлектрические элементы выполнялись из дорогих материалов. При разработке новых солнечных батарей и использовании материалов с новыми техническими свойствами требуется провести много испытаний и изготовить много прототипов. Подобные проекты должны быть тщательно продуманы, а для их демонстрации команде, инвесторам и будущим клиентам потребуются модели высокого качества. И здесь на помощь приходит 3D-печать, поскольку она позволит создать высококачественные прототипы. Кроме того, вы сможете проводить столько итераций, сколько потребуется. Аддитивные технологии подходят и для производства, однако вам потребуется найти 3D-принтеры, способные печатать из соответствующих материалов. Например, солнечные батареи изготавливаются из материала, который поглощает солнечный свет.

В теории, 3D-печать подходит для изготовления экологически чистых источников энергии по более низкой стоимости. Но так ли это на практике?

Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере?

Использование напечатанных солнечных батарей сокращает расходы на 50%

Исследователи Массачусетского технологического института утверждают, что аддитивное производство солнечных батарей помогает сократить расходы на 50%. Для изготовления таких установок не требуются дорогие материалы (например, стекло, поликристаллический кремний и индий). Очевидно, что реализация таких проектов возможна благодаря печати новых материалов на 3D-принтере. Например, не так давно стало известно о том, что производство фотоэлектрических элементов из синтетического перовскита дешевле.

Модель проекта ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: blog.csiro.au

Такие системы можно внедрять в развивающихся странах

Солнечные батареи можно изготавливать на 3D-принтерах, и они дешевле стеклянных панелей, изготовленных традиционными методами. Напечатанные солнечные батареи имеют меньший вес, поскольку они изготавливаются из сверхтонких полосок. Транспортировка таких батарей вызывает меньше трудностей. Эта технология становится доступнее, а значит, возобновляемые источники энергии можно внедрять практически везде и транспортировать их даже в развивающиеся страны, где существуют проблемы с электроснабжением.

Солнечные батареи, напечатанные на 3D-принтере, эффективнее на 20%

Солнечные батареи, изготовленные на 3D-принтере, на 20% эффективнее батарей, созданных традиционными способами. Это обусловлено появлением новых методов, материалов и возможностей проектирования, которые стали возможны благодаря 3D-печати. Солнечной энергетике были нужны инновации, а самое главное – сокращение стоимости. Похоже, 3D-печать совершит революцию в этой отрасли.

Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов

Новая технология 3D-печати фотоэлектрических элементов уже существует, и она может в корне поменять отрасль возобновляемой энергетики. Ниже приведены примеры того, как компании используют 3D-печать для производства солнечных батарей и как исследователи разрабатывают наиболее оптимальные варианты производства высококачественных фотоэлектрических элементов.

В австралийской организации CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) на промышленных 3D-принтерах изготавливаются рулоны фотоэлектрических элементов. Исследователи производят листы фотоэлектрических элементов формата A3, которые подходят для любых поверхностей (например, окон и зданий). Батареи из таких элементов функциональны и эффективны.

На сегодняшний день это крупнейшие фотоэлектрические элементы. Они выполняются из эластичного легкого пластика. Исследователи разработали чернила с фотоэлектрическими свойствами, которые наносятся на полоску из эластичного пластика. Процесс производства включает в себя покрытие полосок с помощью гравированного цилиндра, нанесение материала с использованием щелевой экструзионной головки, а также ракельную печать. Использование аддитивной технологии помогло изготовить систему высокой точности.

Поле солнечных панелей: проект ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: www.csiro.au

Австралийские специалисты используют солнечную энергию максимально эффективно, однако они печатают не только фотоэлектрические элементы. Например, они могут напечатать целое поле солнечных батарей, ведь в Австралии самая высокая плотность солнечного излучения в мире. 

Этот проект реализован Австралийской научно-исследовательской программой по солнечной энергии (ASTRI) и его ведущим партнером – CSIRO. Устройство собирает концентрированное солнечное излучение в виде тепловой энергии. Гелиостаты в буквальном смысле заполняют целое поле, концентрируя излучение Солнца в 50–1000 раз больше его обычной мощности. Преобразованная солнечная энергия хранится в вышке-приемнике.

Некоторые клиенты французской компании Sculpteo работают с солнечной энергией и используют 3D-печать. Например, основанная в 2014 году компания Simusolar налаживает работу солнечных электростанций в сельской местности Танзании, разрабатывая и внедряя компактные экологичные решения, которые помогают людям в повседневной жизни. Клиенты компании – фермеры, рыбаки и сельские жители, которым требуется оборудование, работающее от солнечного электричества. Simusolar использует 3D-печать, поскольку есть потребность во множестве кастомизированных деталей.

Цель компании Kyung-In Synthetic – снабдить солнечным электричеством отдаленные районы. Для этого было принято решение печатать солнечные батареи. В рамках проекта возобновляемые источники энергии стали доступны более чем одному миллиону людей. Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи выполнены из перовскита – минерала, в состав которого входит титанат кальция. Свойства фотоэлектрических элементов, изготовленных из перовскита, улучшаются с каждым годом, а значит, системы из таких элементов могут работать без снижения эффективности несколько лет. У этой технологии большое будущее.

Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи в Национальных лабораториях Сандия / Фото: 3dprint.com

Инженеры Национальных лабораторий Сандия (штат Нью-Мексико, США) работали над приемниками солнечного излучения и доказали, что они на 20% эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. Батареи были перенастроены и стали поглощать больше солнечного света. Благодаря особой конструкции они могут поглощать свет в различных масштабах.

Аддитивное производство позволяет инженерам создавать солнечные установки со сложной геометрией и значительно упрощает процесс проектирования. Исследователи создали панели жалюзийного типа, поглощающие больше света. Данная система работает без потери энергии. Сперва свет попадает на приемник, а затем поглощается.

Разумеется, для изготовления таких систем необходимо разрабатывать новые материалы и технологии. И если вам кажется, что производство солнечных батарей – сложный процесс, эти примеры демонстрируют, как 3D-печать упрощает его.

Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать в этой сфере может быстро стать одной из ключевых технологий. Например, она делает возможной массовую кастомизацию деталей и систем. Люди смогут заказывать солнечные батареи нужных форм и размеров, изготовленные на 3D-принтере по индивидуальным требованиям.

Разработка нового материала для 3D-печати может сильно изменить отрасль солнечной энергетики. Более того, высокоэффективные элементы низкой стоимости подойдут для изготовления устройств с питанием от солнечной энергии, и, возможно, электричество станет доступно во всем мире, даже в самых отдаленных районах.

Энергетика и 3D-печать становятся отличными партнерами. Вероятно, в будущем они помогут разработать множество экологически чистых систем, использование которых поможет бороться с изменением климата.  

---

Автор: Люси Гаже. Перевод с английского. Оригинал материала на сайте Sculpteo
Фото в заставке: Littlegate Publishing

---

Статья опубликована 05.11.2019 , обновлена 08.04.2021

Ученые придумали, как увеличить эффективность солнечных батарей — Российская газета

Петербургские ученые предложили новую технологию производства солнечных батарей. Они смогут преобразовать энергию Солнца в электричество с более высоким кпд, чем классические кремниевые элементы.

О том, что солнечные электростанции могут стать основой энергетики будущего, не раз говорил нобелевский лауреат Жорес Алферов. Но для этого надо существенно повысить отдачу солнечных батарей. А для этого заменить в них кремний на более эффективные полупроводники.

Идея начала реализовываться, в частности, в солнечных элементах, созданных на основе арсенида галлия. На них возлагались большие надежды. Cчиталось, что теперь эффективность солнечной энергетики резко пойдет вверх, но прогнозы не оправдались. Причин несколько, в том числе высокая цена. Дело в том, что подложку из дешевого кремния, на которой выращиваются кристаллы для солнечных панелей, заменили на дорогие химические элементы, в частности, германий. Ученики Алферова из Санкт-Петербургского академического университета нашли вариант, который позволяет решить эту проблему.

— Наша идея — оставить кремниевую подложку, а на ней разместить полупроводники из разных химических элементов, — объясняет один из авторов разработки Иван Мухин. — Требовалось подобрать такую комбинацию полупроводников, чтобы оптика солнечной панели была максимальной. Тогда она будет поглощать и превращать в электричество наибольшее количество солнечного света.

Залог такой оптики — предельное совпадение кристаллической решетки кремниевой подложки и полупроводников, из которых выращиваются солнечные панели. Если совсем просто, одни атомы должны максимально точно упаковываться на другие. Оказалось, что кремний — плохой контактер. Ему непросто подобрать подходящие варианты. После тщательного перебора вариантов ученые остановились на квартете: галлий — фосфор — нитрит — мышьяк. Теоретики подсчитали, что кпд такой конструкции составит около 40 процентов, в то время как у кремниевых фотоэлементов — 20-25 процентов. Ученые создали прототип нового изделия, и впервые в мире показали, что с помощью такой технологии можно получать солнечные элементы с высоким кпд. Теперь дело за тем, чтобы выйти из стен лаборатории и попробовать перспективные идеи превратить в инновации.

Основы солнечной фотоэлектрической технологии | NREL

Солнечные элементы, также называемые фотоэлектрическими элементами, преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество.

Фотоэлектрические системы (часто сокращенно PV) получили свое название от процесса преобразования свет (фотоны) в электричество (напряжение), что называется фотоэлектрическим эффектом . Это явление было впервые использовано в 1954 году учеными Bell Laboratories, которые создал рабочий солнечный элемент из кремния, который генерировал электрический ток при воздействии солнечных лучей.Солнечные элементы вскоре стали использоваться для питания космических спутников. и более мелкие предметы, такие как калькуляторы и часы. Сегодня электричество от солнечных батарей стал конкурентоспособным по стоимости во многих регионах, и в настоящее время развертываются фотоэлектрические системы. в больших масштабах, чтобы помочь электроснабжению электросети.

Кремниевые солнечные элементы

Подавляющее большинство современных солнечных элементов изготовлено из кремния и предлагает как разумные цены, так и хорошую эффективность (скорость, с которой солнечные батареи ячейка преобразует солнечный свет в электричество). Эти ячейки обычно собираются в более крупные модули, которые можно устанавливать на крышах жилых или коммерческих зданий или развернуты на наземных стойках для создания огромных систем полезного действия.

Тонкопленочные солнечные элементы

Другая широко используемая фотоэлектрическая технология известна как тонкопленочные солнечные элементы, потому что они сделаны из очень тонких слоев полупроводникового материала, такого как кадмий. теллурид меди или диселенид галлия индия.Толщина этих слоев клеток составляет всего несколько микрометров, то есть несколько миллионных долей метра.

Тонкопленочные солнечные элементы могут быть гибкими и легкими, что делает их идеальными для портативных устройств. приложения — например, в солдатском рюкзаке — или для использования в других продуктах, таких как окна которые производят электричество от солнца. Некоторые типы тонкопленочных солнечных элементов также приносят пользу. от производственных технологий, которые требуют меньше энергии и легче масштабируются чем технологии производства кремниевых солнечных элементов.

III-V Солнечные элементы

Третий тип фотоэлектрической технологии назван в честь элементов, из которых они состоят. Солнечные элементы III-V в основном состоят из элементов III группы, например галлия и индия, а также элементов группы III. V — например, мышьяк и сурьма — периодической таблицы. Эти солнечные элементы обычно намного дороже в производстве, чем другие технологии.Но они преобразуют солнечный свет в электричество с гораздо более высокой эффективностью. Из-за этого эти солнечные элементы часто используется на спутниках, беспилотных летательных аппаратах и ​​других приложениях, требующих высокое соотношение мощности к весу.

Солнечные элементы нового поколения

Исследователи солнечных элементов из NREL и других организаций также разрабатывают множество новых фотоэлектрических технологии, такие как солнечные элементы из органических материалов, квантовые точки и гибридные органо-неорганические материалы (также известные как перовскиты).Эти технологии следующего поколения могут предложить более низкие затраты, большая простота изготовления или другие преимущества. Дальнейшие исследования покажут, обещания могут быть реализованы.

Исследование надежности и интеграции сетей

Исследования в области фотоэлектрической энергии — это больше, чем просто создание высокоэффективных и недорогих солнечных элементов. Домовладельцы и предприятия должны быть уверены, что устанавливаемые ими солнечные панели будут не ухудшатся в производительности и продолжат надежно вырабатывать электроэнергию в течение многих лет. Коммунальные предприятия и государственные регулирующие органы хотят знать, как добавить солнечные фотоэлектрические системы в электрическую сеть, не нарушая баланс между спросом и предложением электроэнергии.

Материаловеды, экономические аналитики, инженеры-электрики и многие другие NREL работает над решением этих проблем и обеспечением чистой солнечной фотоэлектрической энергии. и надежный источник энергии.

---

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о солнечной фотоэлектрической энергии посетите следующие ресурсы:

Основы солнечной фотоэлектрической технологии
U.S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Energy Kids: Solar Photovoltaic
Управление энергетической информации США

Energy Saver: Использование солнечной энергии дома
Министерство энергетики США

Фотоэлектрические исследования в NREL

Текущие и будущие инновации в технологиях солнечных элементов — PreScouter

Солнечная энергия, третий по величине возобновляемый источник энергии после гидроэнергетики и ветра, стала чистой, устойчивой и мощной альтернативой ископаемым видам топлива. Солнечный свет, падающий на Землю, более чем в 10 000 раз превышает общее потребление энергии в мире, и стремительно развиваются технологии, позволяющие получить как можно больше солнечной энергии. С момента появления первых коммерческих кремниевых (Si) солнечных панелей, созданных Bell Laboratories в 1954 году, наиболее распространенные технологии сегодня используют различные формы солнечных элементов на основе Si и преобразуют до 20% солнечного света в электричество.

Согласно анализу рынка МЭА, производство солнечной фотоэлектрической энергии (PV) — процесса преобразования солнечного света в электричество — достигло 720 ТВтч в 2019 году с 585 ТВтч в 2018 году и, как ожидается, вырастет до 1940 ТВтч к 2025 году.Текущая максимальная мощность солнечной энергии в мире составляет 592 ГВт, что составляет 2,2% от мирового производства электроэнергии.

Какие современные и будущие инновационные материалы?

Типичный солнечный элемент состоит из полупроводниковых материалов, таких как кремний p- и n-типа, со слоистым p-n переходом, подключенным к внешней цепи. Освещение панелей солнечным светом вызывает выброс электронов из кремния. Выброшенные электроны под действием внутреннего электрического поля создают поток через p-n-переход и внешнюю цепь, в результате чего возникает ток (электричество).Благодаря стремительно растущему рынку и развитию творческих приложений, НИОКР в области инновационных материалов для солнечной энергии достигли своего пика, чтобы достичь максимальной эффективности преобразования солнечной энергии в электроэнергию при низких затратах. Три типа хорошо изученных на сегодняшний день полупроводниковых материалов — это кристаллический Si, тонкие пленки и перовскитные солнечные элементы (PSC) следующего поколения.

Кристаллический кремний

Кристаллический кремний (c-Si) — наиболее часто используемый полупроводниковый материал в солнечных панелях, занимающий более 90% мирового рынка фотоэлектрических систем, хотя эффективность значительно ниже теоретического предела (~ 30%).Появляются солнечные элементы из альтернативных недорогих и высокоэффективных материалов.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) ведет разработку высокоэффективных кристаллических фотоэлектрических элементов, которые включают многопереходные материалы III-V (с целевой эффективностью> 30%) и гибридные тандемные солнечные элементы III-V / Si. Их солнечные элементы III-V с шестью переходами достигли эффективности 47,1% при концентрированном свете. Более того, двусторонняя технология на основе кремния может собирать солнечную энергию с обеих сторон панели, что на 11% больше эффективности по сравнению со стандартными панелями.

Двусторонние модули Lumos Solar GSX. Источник: Solar Power World.

Тонкие пленки

Тонкопленочные солнечные элементы второго поколения кажутся одной из самых многообещающих фотоэлектрических технологий благодаря своей узкой конструкции (в 350 раз меньше светопоглощающих слоев по сравнению со стандартными Si-панелями), легкому весу, гибкости и простоте установки. Обычно в их конструкции используются четыре типа материалов: теллурид кадмия (CdTe), аморфный кремний, селенид меди-индия-галлия (CIGS) и арсенид галлия (GaAs). В то время как CdTe вызывает опасения по поводу токсичности из-за кадмия, солнечные элементы CIGS оказываются более многообещающими высокоэффективными и экономичными вариантами как для жилых, так и для коммерческих установок с эффективностью до 21%.

Гибкий тонкий солнечный элемент CIGSe (Cu (In, Ga) (Se) 2) производства Solarion AG. Источник: Википедия.

Ascent Solar — один из ведущих игроков в производстве высокопроизводительных модулей CIGS, с их сверхлегкими и экстремальными технологиями CIGS, которые используются в космическом, аэрокосмическом, государственном и государственном секторах.

Перовскитовые солнечные элементы

Среди солнечных элементов следующего поколения гибридные металлогалогенные перовскитные солнечные элементы (PSC) привлекли большое внимание из-за их низкой цены, более тонкой конструкции, низкотемпературной обработки и отличных светопоглощающих свойств (хорошие характеристики при низких и низких температурах). рассеянный свет). PSC могут быть гибкими, легкими и полупрозрачными. Примечательно, что тонкие пленки из перовскита также могут быть напечатаны, что приводит к масштабируемому высокопроизводительному производству, а недавний PSC с печатью с рулона на рулон достиг 12.КПД 2%, самый высокий среди печатных PSC.

Примечательно, что комбинированные материалы из перовскита и Si-PV показали рекордную эффективность до 28% в лабораторных условиях, как продемонстрировала Oxford PV. В то время как стабильность и долговечность оставались серьезной проблемой, недавняя недорогая система герметизации стеклопластиковой стопкой позволила PSC выдерживать стандартные условия эксплуатации. Хотя PSC все еще не коммерциализированы, они обладают значительными экономическими и эффективными преимуществами, которые определяют будущее рынка солнечной энергии.

Источник: Oxford PV.

В чем заключаются прорывные технологии интегративных солнечных элементов?

Помимо инновационных материалов, появляются также творческие методы получения максимальной солнечной энергии. Например, швейцарский стартап Insolight использует встроенные линзы в качестве оптических усилителей в защитном стекле панелей для концентрации световых лучей в 200 раз при достижении эффективности 30%.

Другой недавней разработкой является разработка прототипов термоизлучательных фотоэлектрических устройств или реверсивных солнечных панелей, которые могут генерировать электричество в ночное время, используя тепло, излучаемое панелями, в оптически связанный глубокий космос, который служит радиатором.

Графический аннотация, показывающая, как работает концепция обратных солнечных панелей. Источник: Cell.

Интересно, что наряду с инновационными материалами, расширяются и интеграционные приложения, отличные от стандартных установок на крыше, и в настоящее время находятся в зачаточном состоянии. Например, солнечная дистилляция может собирать солнечную энергию, используя рассеянное тепло от панелей для очистки воды, если есть встроенная мембранная перегонная установка.

Другой преобразующей технологией будущего могут стать солнечные краски, которые включают водород для солнечной краски (генерирует энергию от фотоэлектрического расщепления воды), квантовые точки (фотоэлектрическая краска) и краски на основе перовскита.

Кроме того, прозрачные солнечные окна представляют собой весьма инновационное применение, и компания Ubiquitous Energy достигла 10% эффективности преобразования солнечной энергии в электричество благодаря своим прозрачным материалам. Демонстрацию из Университета штата Мичиган, пионера этой технологии, можно увидеть в этом видео:

В связи с быстрым развитием недорогих высокопроизводительных полупроводниковых материалов, компактных тонких пленок и легко устанавливаемых технологий ожидается, что в ближайшие пять лет рынок солнечной энергии будет бурно развиваться.Несмотря на спад, вызванный пандемией, ожидаемое снижение затрат на солнечные установки с 15% до 35% к 2024 году обнадеживает и может сделать эту возобновляемую энергию более доступной.

Если у вас есть какие-либо вопросы или вы хотите узнать, можем ли мы помочь вашему бизнесу в решении его инновационных задач, свяжитесь с нами здесь или напишите нам по адресу solutions@prescouter.

com.

Об авторе

Туфан Мухопадхяй

Туфан в душе химик-синтетик с 10-летним опытом исследований в области органической и металлоорганической химии.Он специализируется на химическом катализе и разработке методов органических реакций. Хотя он страстно желает разрабатывать более экологичные и устойчивые процессы фармацевтического синтеза, ему нравится учиться и писать об инновационных технологиях. Будущие интересы Tufan лежат в области фармацевтики, устойчивого развития и хранения возобновляемой энергии. Ему нравится сообщать науку через обучение, руководство и письмо.

Технологии фотоэлектрических солнечных элементов: анализ современного состояния

1.

Шокли, В. и Кайссер, Х. Дж. Подробный предел баланса эффективности солнечных элементов с переходом p – n . J. Appl. Phys. 32 , 510–519 (1961).

CAS Статья Google Scholar

2.

Наяк, П. К., Бискерт, Дж. И Кахен, Д. Оценка возможностей и ограничений для солнечных батарей. Adv. Матер. 23 , 2870–2876 (2011). Это исследование вводит эксплуатационные потери как параметр для сравнения и анализа технологий солнечных элементов .

CAS Статья Google Scholar

3.

Nayak, P. K. & Cahen, D. Обновленная оценка возможностей и ограничений для солнечных батарей. Adv. Матер. 26 , 1622–1628 (2014).

CAS Статья Google Scholar

4.

Рау, У., Бланк, Б., Мюллер, Т. К. М. и Кирхартц, Т. Потенциал эффективности фотоэлектрических материалов и устройств, выявленный с помощью детального анализа баланса. Phys. Rev. Appl. 7 , 044016 (2017). Это исследование представляет концепцию определения фотоэлектрического зазора солнечного элемента с помощью EQE элемента .

Артикул Google Scholar

5.

Wang, Y. et al. Оптические промежутки органических солнечных элементов как эталон для сравнения потерь напряжения. Adv. Energy Mater. 8 , 1801352 (2018).

Артикул Google Scholar

6.

Маркварт Т. Термодинамика оптических свойств. J. Opt. А 10 , 015008 (2008).

Артикул Google Scholar

7.

Херст, Л. К. и Экинс-Даукс, Н. Дж. Фундаментальные потери в солнечных элементах. Prog. Фотовольт. 19 , 286–293 (2011). В данной статье представлены аналитические выражения для фундаментальных потерь в солнечных элементах .

Артикул Google Scholar

8.

Миллер О. Д., Яблонович Э. и Курц С. Р. Сильная внутренняя и внешняя люминесценция при приближении солнечных элементов к пределу Шокли – Кейссера. IEEE J. Photovolt. 2 , 303–311 (2012).

Артикул Google Scholar

9.

Рау У. Связь взаимности между фотоэлектрической квантовой эффективностью и электролюминесцентным излучением солнечных элементов. Phys. Ред. B 76 , 085303 (2007).

Артикул Google Scholar

10.

Green, M. A. et al. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 53). Prog. Фотовольт. 27 , 3–12 (2019). В этой статье представлены параметры солнечных элементов для современных элементов .

Артикул Google Scholar

11.

Шнитцер И., Яблонович Э., Кано К. и Гмиттер Т. Дж. Сверхвысокая квантовая эффективность спонтанного излучения, 99.7% внутри и 72% снаружи из двойных гетероструктур AlGaAs / GaAs / AlGaAs. Заявл. Phys. Lett. 62 , 131–133 (1993).

CAS Статья Google Scholar

12.

Грин М. А. Излучательная эффективность современных фотоэлектрических элементов. Prog. Фотовольт. 20 , 472–476 (2012).

CAS Статья Google Scholar

13.

Sheng, X. et al. Архитектура устройств для улучшенной рециркуляции фотонов в тонкопленочных многопереходных солнечных элементах. Adv. Energy Mater. 5 , 1400919 (2015).

Артикул Google Scholar

14.

Гейс, Дж. Ф., Штайнер, М. А., Гарсия, И., Курц, С. Р. и Фридман, Д. Дж. Повышенная эффективность внешнего излучения для однопереходных солнечных элементов GaInP с эффективностью 20,8%. Заявл. Phys. Lett. 103 , 041118 (2013).

Артикул Google Scholar

15.

Steiner, M. A. et al. Упорядочение CuPt в сплавах с высокой шириной запрещенной зоны Ga _x In _{1- x} P сплавах на ослабленных ступенчатых марках GaAsP. J. Appl. Phys. 106 , 063525 (2009).

Артикул Google Scholar

16.

Green, M. A. et al. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 49). Prog. Фотовольт. 25 , 3–13 (2017).

Артикул Google Scholar

17.

Ванласс, М. Системы и методы для усовершенствованных сверхвысокопроизводительных солнечных элементов InP. Патент США US95B2 (2014).

18.

Грин, М. А., Эмери, К., Хисикава, Ю., Варта, В. и Данлоп, Е. Д. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 42). Prog. Фотовольт. 21 , 827–837 (2013).

Артикул Google Scholar

19.

Yoshikawa, K. et al. Кремниевый солнечный элемент на гетеропереходе с встречно-штыревыми тыловыми контактами для эффективности фотопреобразования более 26%. Nat. Энергетика 2 , 17032 (2017). В данном исследовании представлен эффективный (PCE = 26,6%) c-Si солнечный элемент с архитектурой IBC – SHJ.

CAS Статья Google Scholar

20.

Грин М.А. и др. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 52). Prog. Фотовольт. 26 , 427–436 (2018).

Артикул Google Scholar

21.

Taguchi, M. et al. Солнечный элемент HIT на тонкой кремниевой пластине с рекордной эффективностью 24,7%. IEEE J. Photovolt. 4 , 96–99 (2014).

Артикул Google Scholar

22.

Рихтер А., Хермл М. и Глунц С. В. Переоценка предельной эффективности солнечных элементов из кристаллического кремния. IEEE J. Photovolt. 3 , 1184–1191 (2013).

Артикул Google Scholar

23.

Trupke, T., Zhao, J., Wang, A. , Corkish, R. & Green, M.A. Очень эффективное излучение света массивным кристаллическим кремнием. Заявл. Phys. Lett. 82 , 2996–44107 (2003).

CAS Статья Google Scholar

24.

Янг Ю.М.и другие. Разработка высокоэффективного мультикристаллического кремния для фотоэлектрической промышленности. Prog. Фотовольт. 23 , 340–351 (2015).

CAS Статья Google Scholar

25.

Макдональд Д. и Герлигс Л. Дж. Рекомбинационная активность межузельного железа и других точечных дефектов переходных металлов в кристаллическом кремнии p- и n-типа. Заявл. Phys. Lett. 85 , 4061–4063 (2004).

CAS Статья Google Scholar

26.

Benick, J. et al. Высокоэффективные кремниевые солнечные элементы HP mc n-типа. IEEE J. Photovolt. 7 , 1171–1175 (2017).

Артикул Google Scholar

27.

Кирилэ А. и др. Модификация поверхности тонких пленок Cu (In, Ga) Se ₂ под действием калия для высокоэффективных солнечных элементов. Nat.Матер. 12 , 1107–1111 (2013).

Артикул Google Scholar

28.

Чантана, Дж., Като, Т., Сугимото, Х. и Минемото, Т. Тонкопленочный Cu (In, Ga) (Se, S) _{2 Солнечный элемент на основе} с (Cd, Zn) S буферный слой и Zn _{1- x} Mg _x O оконный слой. Prog. Фотовольт. 25 , 431–440 (2017).

CAS Статья Google Scholar

29.

Kato, T., Wu, J.-L., Hirai, Y., Sugimoto, H. & Bermudez, V. Рекордная эффективность тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов до 22,9%, достигаемая обработкой Cs Cu (In, Ga) (Se, S) ₂ . IEEE J. Photovolt. 9 , 325–330 (2018).

Артикул Google Scholar

30.

Общество электронных устройств IEEE. Информационный бюллетень IEEE Electron Devices Society: основные моменты конференции IEEE Photovoltaic Specialists 2017. IEEE https://eds.ieee.org/images/files/newsletters/newsletter_oct17.pdf (2017).

31.

Poplawsky, J. D. et al. Структурная и композиционная зависимость фотоактивности слоя сплава CdTe _x Se _{1− x} в солнечных элементах на основе CdTe. Nat. Commun. 7 , 12537 (2016).

CAS Статья Google Scholar

32.

Паудель, Н.Р., Поплавски, Дж. Д., Мур, К. Л. и Ян, Ю. Текущее усовершенствование солнечных элементов на основе CdTe. IEEE J. Photovolt. 5 , 1492–1496 (2015).

Артикул Google Scholar

33.

Zhao, Y. et al. Монокристаллические солнечные элементы из CdTe с напряжением холостого хода более 1 В и КПД 17%. Nat. Энергетика 1 , 16067 (2016).

CAS Статья Google Scholar

34.

Gloeckler, M., Sankin, I. & Zhao, Z. Солнечные элементы с CdTe на пороге до 20% эффективности. IEEE J. Photovolt. 3 , 1389–1393 (2013).

Артикул Google Scholar

35.

Локанк М., Эггерт Р. и Редлингер М. Доступность индия: настоящее, среднесрочное и долгосрочное. NREL https://www.nrel.gov/docs/fy16osti/62409.pdf (2015).

36.

Гокмен Т., Гунаван, О., Тодоров, Т. К., Митци, Д. Б. Зазор и ограничение эффективности в солнечных элементах с кестеритом. Заявл. Phys. Lett. 103 , 103506 (2013).

Артикул Google Scholar

37.

Ng, T. M. et al. Оптоэлектронные и спектральные характеристики монокристаллов Cu ₂ ZnSnS ₄ , выращенных методом переноса пара. J. Mater. Chem. А 5 , 1192–1200 (2017).

CAS Статья Google Scholar

38.

Yan, C. et al. Эффективность сульфидного кестерита выше 11% Cu ₂ Zn _x Cd _{1- x} SnS ₄ Солнечный элемент: эффекты легирования кадмия. ACS Energy Lett. 2 , 930–936 (2017).

CAS Статья Google Scholar

39.

Кроник Л., Cahen, D. & Schock, H. W. Влияние натрия на поликристаллический Cu (In, Ga) Se ₂ и его характеристики солнечного элемента. Adv. Матер. 10 , 31–36 (1998).

CAS Статья Google Scholar

40.

Наяк, П. К., Гарсия-Бельмонте, Г., Кан, А., Бискерт, Дж. И Кахен, Д. Пределы эффективности фотоэлектрических систем и материальный беспорядок. Energy Environ. Sci. 5 , 6022 (2012).

CAS Статья Google Scholar

41.

Ким С., Парк Дж. С. и Уолш А. Идентификация дефектов-убийц в тонкопленочных солнечных элементах из кестерита. ACS Energy Lett. 3 , 496–500 (2018).

CAS Статья Google Scholar

42.

Снайт Х. Дж. Текущее состояние и будущие перспективы перовскитной фотоэлектрической энергии. Nat. Матер. 17 , 372–376 (2018). Это недавний обзор галогенидных перовскитных материалов для оптоэлектронных приложений .

CAS Статья Google Scholar

43.

Stranks, S. D. et al. Длины диффузии электронных дырок более 1 микрометра в металлоорганическом тригалогенидном перовскитном поглотителе. Наука 342 , 341–344 (2013).

CAS Статья Google Scholar

44.

Edri, E. et al. Выяснение разделения носителей заряда и рабочего механизма CH ₃ NH ₃ PbI _{3- x} Cl _x перовскитных солнечных элементов. Nat. Commun. 5 , 3461 (2014).

Артикул Google Scholar

45.

Ceratti, D. R. et al. Самовосстановление внутри APbBr ₃ кристаллов галогенидного перовскита. Adv. Матер. 30 , 1706273 (2018).

Артикул Google Scholar

46.

Брандт, Р. Э., Стеванович, В., Гинли, Д. С. и Буонассизи, Т. Идентификация дефектоустойчивых полупроводников с высоким сроком службы неосновных носителей: за пределами гибридных перовскитов галогенида свинца. MRS Commun. 5 , 265–275 (2015).

CAS Статья Google Scholar

47.

Закутаев А. и др. Устойчивые к дефектам полупроводники для преобразования солнечной энергии. J. Phys. Chem. Lett. 5 , 1117–1125 (2014).

CAS Статья Google Scholar

48.

De Wolf, S. et al. Металлоорганические галогенидные перовскиты: острый край оптического поглощения и его связь с фотоэлектрическими характеристиками. J. Phys. Chem. Lett. 5 , 1035–1039 (2014).

Артикул Google Scholar

49.

Sutter-Fella, C.M. et al. Хвосты полосы и глубокие дефектные состояния в CH ₃ NH ₃ Pb (I _{1- x} Br _x ) ₃ перовскитов, что выявлено с помощью субзонного фототока. ACS Energy Lett. 2 , 709–715 (2017).

CAS Статья Google Scholar

50.

Braly, I. L. et al. Пленки гибридного перовскита, приближающиеся к пределу излучения, с квантовой эффективностью фотолюминесценции более 90%. Nat. Фотоника 12 , 355–361 (2018).

CAS Статья Google Scholar

51.

Tiedje, T. Предел рекомбинации хвоста полосы для выходного напряжения солнечных элементов из аморфного кремния. Заявл. Phys. Lett. 40 , 627–629 (1982). В этой статье показано влияние хвостовых состояний на эффективность солнечных элементов .

CAS Статья Google Scholar

52.

Liu, M. et al. Гибридные органические и неорганические чернила выравнивают энергетический ландшафт в твердых телах с коллоидными квантовыми точками. Nat. Матер. 16 , 258–263 (2017).

CAS Статья Google Scholar

53.

Swarnkar, A. et al. Индуцированная квантовыми точками фазовая стабилизация перовскита α-CsPbI ₃ для высокоэффективной фотовольтаики. Наука 354 , 92–95 (2016).

CAS Статья Google Scholar

54.

Sanehira, E. M. et al. Повышенная мобильность CsPbI ₃ Матрицы квантовых точек для высоковольтных фотоэлектрических элементов с рекордной эффективностью. Sci. Adv. 3 , eaao4204 (2017).

Артикул Google Scholar

55.

Mori, S. et al. Разработка органических фотоэлектрических модулей с инвертированной структурой устройства. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1737 , 26–31 (2015).

Артикул Google Scholar

56.

Yan, C. et al. Акцепторы нефуллеренов для органических солнечных элементов. Nat. Rev. Mater. 3 , 18003 (2018).

CAS Статья Google Scholar

57.

Маркус, Р. А. Реакции переноса электрона в химии. Теория и эксперимент. Ред. Мод. Phys. 65 , 599–610 (1993).

CAS Статья Google Scholar

58.

Benduhn, J. et al. Собственные безызлучательные потери напряжения в органических солнечных элементах на основе фуллеренов. Nat. Энергетика 2 , 17053 (2017).

CAS Статья Google Scholar

59.

Nayak, P. K. et al. Влияние структурного порядка на параметры солнечного элемента, как показано на модели перехода SiC-органика. Energy Environ. Sci. 6 , 3272 (2013).

CAS Статья Google Scholar

60.

Qian, D. et al. Правила проектирования для минимизации потерь напряжения в высокоэффективных органических солнечных элементах. Nat. Матер. 17 , 703–709 (2018).

CAS Статья Google Scholar

61.

Чен, К. и Бредас, Дж. Л. Потери напряжения в органических солнечных элементах: понимание вклада внутримолекулярных колебаний в безызлучательные рекомбинации. Adv. Energy Mater. 8 , 1702227 (2018).

Артикул Google Scholar

62.

Jean, J. et al. Предел эффективности излучения с хвостовой частью полосы превышает 30% для солнечных элементов с квантовыми точками. ACS Energy Lett. 2 , 2616–2624 (2017).

CAS Статья Google Scholar

63.

Venkateshvaran, D. et al. Приближение беспорядочного транспорта в высокоподвижных сопряженных полимерах. Природа 515 , 384–388 (2014).

CAS Статья Google Scholar

64.

Грин М. А. Точность аналитических выражений для коэффициентов заполнения солнечных элементов. Солнечные элементы 7 , 337–340 (1982).

CAS Статья Google Scholar

65.

Oxford PV. Перовскитный солнечный элемент Oxford PV обеспечивает эффективность 28%. Oxford PV https: // www.oxfordpv.com/news/oxford-pv-perovskite-solar-cell-achieves-28-efficiency (2018).

66.

Хаксел Г. Б., Хедрик Дж. Б. и Оррис Г. Дж. Редкоземельные элементы: важнейшие ресурсы для высоких технологий: информационный бюллетень Геологической службы США 087–02. USGS https://pubs.usgs.gov/fs/2002/fs087-02/ (обновлено 17 мая 2005 г.).

67.

Chuangchote, S. et al. Обзор состояния окружающей среды, здоровья и безопасности фотоэлектрических установок CdTe на протяжении всего их жизненного цикла. First Solar http://www.firstsolar.com/-/media/First-Solar/Sustainability-Documents/Sustainability-Peer-Reviews/Thai-EHS-Peer-Review_EN.ashx (2012).

68.

CHEOPS. Первые результаты относительно воздействия на окружающую среду тандемных фотоэлектрических модулей перовскит / кремний. CHEOPS https://www.cheops-project.eu/news-in-brief/first-results-regarding-the-environmental-impact-of-perovskitesilicon-tandem-pv-modules (2017).

69.

Meng, L. et al. Органические и обработанные на растворе тандемные солнечные элементы с 17.КПД 3%. Наука 361 , eaat2612 (2018).

Артикул Google Scholar

70.

Экинс-Даукс, Н. Дж. И Херст, Л. С. в 24-й Европейской конференции по фотоэлектрической солнечной энергии . 457–461 (WIP-Мюнхен, 2009 г.).

71.

Грин, М. А., Эмери, К., Хисикава, Ю., Варта, В. и Данлоп, Е. Д. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 40). Prog. Фотовольт. 20 , 606–614 (2012).

Артикул Google Scholar

72.

Грин, М. А., Эмери, К., Хисикава, Ю., Варта, В. и Данлоп, Е. Д. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 47). Prog. Фотовольт. 24 , 3–11 (2016).

Артикул Google Scholar

73.

Адачи, Д., Эрнандес, Дж. Л. и Ямамото, К. Влияние рекомбинации носителей на коэффициент заполнения для солнечного элемента из кристаллического кремния с гетеропереходом большой площади с 25.КПД 1%. Заявл. Phys. Lett. 107 , 233506 (2015).

Артикул Google Scholar

74.

Green, M. A. et al. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 50). Prog. Фотовольт. 25 , 668–676 (2017).

Артикул Google Scholar

75.

Кодзима А., Тешима К., Шираи Ю. и Миясака Т. Металлоорганические перовскиты в качестве сенсибилизаторов видимого света для фотоэлектрических элементов. J. Am. Chem. Soc. 131 , 6050–6051 (2009).

CAS Статья Google Scholar

76.

Kim, H.-S. и другие. Твердотельный субмикронный тонкопленочный мезоскопический солнечный элемент, сенсибилизированный перовскитом иодидом свинца, с эффективностью более 9%. Sci. Отчет 2 , 591 (2012).

Артикул Google Scholar

77.

Ли, М. М., Тойшер, Дж., Миясака, Т., Мураками, Т. Н. и Снайт, Х. Дж. Эффективные гибридные солнечные элементы на основе мезо-надстройки металлоорганических галогенидных перовскитов. Наука 338 , 643–647 (2012).

CAS Статья Google Scholar

78.

Gong, W. et al. Влияние энергетического беспорядка на излучение электролюминесценции в полимерно-фуллереновых солнечных элементах. Phys. Ред. B 86 , 024201 (2012).

Артикул Google Scholar

79.

Liu, J. et al. Быстрое разделение заряда в нефуллереновом органическом солнечном элементе с небольшой движущей силой. Nat. Энергия 1 , 16089 (2016).

CAS Статья Google Scholar

80.

Грин, М. А., Эмери, К., Хисикава, Ю., Варта, В. и Данлоп, Е. Д. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 44). Prog. Фотовольт. 22 , 701–710 (2014).

Артикул Google Scholar

81.

Green, M. A. et al. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 51). Prog. Фотовольт. 26 , 3–12 (2018).

Артикул Google Scholar

82.

Грин, М. А., Эмери, К., Хисикава, Ю., Варта, В. и Данлоп, Е. Д. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 45). Prog. Фотовольт. 23 , 1–9 (2015).

Артикул Google Scholar

5 самых интересных новых технологий солнечных панелей в 2021 году

2021 новая солнечная технология — куда мы движемся?

Когда большинство людей слышат слово «солнечная энергия», они сразу же думают о хороших «старых солнечных батареях» на крышах домов или на солнечных фермах в пустыне. И на то есть веская причина: до этого момента на рынке солнечной энергии преобладали традиционные солнечные панели для коммунальных предприятий и крышных домов.

Но сейчас есть несколько захватывающих новых технологий солнечных панелей, которые находятся на стадии разработки или уже представлены на рынке. Эти многообещающие технологии революционизируют наши представления не только о солнечной энергии, но и о производстве энергии в целом. Солнечная энергия больше не требует больших участков земли или крыши, и при этом она не должна выглядеть скучной. Читай дальше, чтобы узнать больше.

№ 1 Плавучие солнечные электростанции (также известные как «плавающая электрогенерация»)

Силиконовые панели с каждым днем ​​становятся дешевле и эффективнее.По мнению экспертов, если фотоэлектрические панели размещаются на резервуарах и других водоемах, они предлагают еще большую эффективность, а также множество других преимуществ.

«Флотовольтаика» — фотоэлектрические солнечные энергетические системы, созданные для плавания на водохранилищах, плотинах и других водоемах.

Плавучие солнечные фермы могут вырабатывать огромное количество электроэнергии без использования ценных земель или недвижимости. Стоимость установки плавающих фотоэлектрических панелей ниже, чем у наземных фотоэлектрических панелей.Кроме того, исследования показали, что производство энергии плавающими солнечными панелями выше на 10% из-за охлаждающего эффекта воды.

Помимо производства чистой солнечной энергии, плавучие солнечные фермы могут помочь в управлении водными ресурсами. Они уменьшают потери воды на испарение, поскольку ограничивают циркуляцию воздуха и блокируют попадание солнечного света на поверхность воды. Кроме того, плавучие солнечные фермы предотвращают образование вредных водорослей, снижая затраты на очистку воды. Кроме того, вода под ним сохраняет солнечные панели в чистоте и сводит к минимуму потери энергии.

В 2008 году первая коммерческая система плавающих панелей мощностью 175 кВтч была установлена ​​в Калифорнии на винодельне Far Niente в долине Напа.

Рассчитайте, сколько будут стоить солнечные панели для вашего дома в зависимости от вашего местоположения и последнего счета за электроэнергию.

# 2 BIPV солнечная техника

Интегрированные в здание фотоэлектрические элементы, как следует из названия, органично вписываются в архитектуру здания в виде крыш, навесов, навесных стен, фасадов и систем световых люков.В отличие от традиционных солнечных фотоэлектрических панелей, BIPV может быть эстетически привлекательным, а не компромиссом для дизайна здания.

Конечно, покупателям солнечной энергии одной эстетики недостаточно; экономика тоже имеет значение. Хорошая новость заключается в том, что системы солнечных панелей BIPV позволяют домовладельцам экономить на строительных материалах и затратах на электроэнергию. Заменив стандартные строительные материалы BIPV, вы можете сократить дополнительные расходы на монтажные системы солнечных панелей.

Технология

BIPV при использовании на фасадах здания, атриумах, перекрытиях террас и навесах дает следующие преимущества:

• Повышенная энергоэффективность
• Высокая тепло- и звукоизоляция
• Чистая и свободная мощность от солнца
• Снижение затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание
• Отсутствие углеродного следа

Фотоэлектрические фотоэлектрические стекла, установленные в качестве строительных материалов, действуют как устройство, генерирующее энергию, обеспечивая естественный свет внутри домов и офисов, как и обычные архитектурные стекла.

# 3 Солнечные скины

Солнечные панели — это новая фотоэлектрическая технология для интеграции нестандартных конструкций в системы солнечных панелей. Технология солнечной кожи похожа на рекламную пленку на окнах автобусов.

Сравнение стандартной солнечной панели (L) и солнечных панелей сверху (R). Кредиты изображений: Новости Массачусетского технологического института (MIT)

Sistine, производитель солнечных панелей, тестирует технологию в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США, чтобы повысить ее эффективность.Солнечные тонкопленочные покрытия обладают высокой эффективностью благодаря усовершенствованиям в области селективной фильтрации света. Солнечный свет, падающий на солнечную кожу, фильтруется, чтобы достичь солнечных элементов под ним. В результате он одновременно отображает пользовательское изображение и обеспечивает солнечной энергии.

Эти отпечатанные на заказ изображения, встроенные в солнечные панели, могут точно соответствовать вашим травянистым лужайкам или крышам ваших домов.

Солнечные панели для кожи также могут быть полезны для предприятий или государственных учреждений.Их можно настроить для отображения бизнес-логотипов, бизнес-рекламы, флага страны и т. Д.

Кроме того, в солнечных панелях используются стеллажи без рельсов, они сидят ниже, имеют гладкую поверхность и скрывают металлические компоненты, придавая панелям супер крутой вид. Если эстетика панели мешает вам перейти на солнечную энергию, то SolarSkins от Sistine может быть тем решением, которое вы ищете.

Сколько денег солнечные панели могут сэкономить вам ежегодно?

В дополнение к этим преимуществам, Sistine Solar позволяет вам контролировать производительность вашей системы 24/7 с вашего телефона.Он также предоставляет вам предупреждения в случае каких-либо проблем или отключений солнечной энергии и предписывает правильные средства правовой защиты в нужное время.

Однако обратной стороной солнечных скин-панелей является их стоимость, которая примерно на 10% выше стоимости традиционных панелей.

# 4 Солнечная ткань

Солнечное излучение доступно по всей планете, так почему бы не генерировать собственную энергию там, где это необходимо? Представьте себе, что вы можете не только производить солнечную энергию в фиксированном месте, но и в пути, используя собственную одежду.

Исследователи разрабатывают солнечные ткани с целью включения солнечной энергии в каждое волокно. Эти солнечные нити можно встроить в ваши футболки, зимние куртки или любую другую одежду, чтобы помогло вам согреться, обеспечило питание телефона, и обеспечило энергией другие нужды, пока вы в пути.

Есть несколько областей, где исследователи пытались объединить солнечную ткань и солнечные панели, в том числе:

• Фасады зданий, обеспечивающие одновременно тень и силу
• Маркизы, которые освещают уличные фонари, и
• Завесы, исключающие потребление энергии из сети

Одежда для дома, изготовленная на солнечных батареях, поможет вам на сэкономить на установке и установке солнечных панелей .

Компании-производители солнечных батарей также работают над проектом армии США по созданию роботизированных палаток на солнечных батареях. Поскольку стоимость солнечной энергии постоянно снижается, вряд ли можно представить будущее, в котором почти все будет работать за счет бесплатной солнечной энергии, солнца.

# 5 Фотоэлектрические солнечные шумозащитные барьеры (PVNB)

Шум от дорожного движения в США всегда беспокоил всех. Чтобы решить эту проблему, 48 штатов построили около 3000 миль барьеров от шума дорожного движения.Шумовые барьеры всегда создавались с единственной целью — разработать рентабельные барьеры, которые эффективно выполняют функции снижения шума. Тем не менее, цель Министерства энергетики США в настоящее время заключается в объединении снижения шума с устойчивым производством электроэнергии.

Учитывая широкое использование шумозащитных экранов в США, потенциал производства солнечной энергии из них, вероятно, составит около 400 гигаватт-часов (ГВт-ч) в год. Это примерно соответствует годовому потреблению электроэнергии 37 000 домов.

Солнечное будущее выглядит ярким

Солнечная энергия ранее вырабатывалась только с помощью наземных или крышных панелей. Но благодаря всем упомянутым выше достижениям солнечная энергия станет более легкой, гибкой и применимой повсюду.

Представьте, что все эти технологии доступны, и вы посещаете другой город. Вы можете купить еду в тележке для еды, работающей на солнечной энергии, съесть ее, путешествуя по шоссе, работающему на солнечной энергии, и зарядить свой телефон от одежды на солнечной энергии.Так выглядит ближайшее будущее!

И на самом деле существует множество других инновационных солнечных технологий для жилых домов, которые находятся в разработке или в настоящее время внедряются в 2021 году. Возможно, наиболее многообещающей новой технологией являются перовскитные солнечные элементы, которые вскоре можно будет использовать для создания солнечной краски.

Следите за нашим блогом, чтобы быть в курсе последних событий в области солнечной энергии.

Рассчитайте срок окупаемости солнечной энергии для вашего дома

самых эффективных солнечных панелей для дома

Сколько солнечных панелей мне понадобится для дома?

Количество панелей, которые вам понадобятся для вашего дома, будет зависеть от нескольких факторов.Проще всего посмотреть на счет за электроэнергию, чтобы узнать о почасовом потреблении энергии в вашем доме, умножить его на часы пиковой нагрузки солнечного света для вашего дома (в среднем от 3 до 4 часов) и разделить на 300, что является средней мощностью для солнечные батареи (правда, их может быть от 150 до 370).

Часовое потребление энергии x пиковые часы солнечного света / 300 = количество панелей. Обычно это 17-42 панели.

Один простой способ ответить на вопрос «Сколько солнечных панелей мне нужно?» — позволить местному установщику солнечных батарей проверить ваш дом и дать вам расценки на размер системы (включая количество и мощность панелей), стоимость, а также расчетный годовой год и срок службы. экономия.Позвольте нашим консультантам по солнечной энергии подобрать для вас идеального установщика SunPower в вашем регионе. Подробнее об определении количества панелей читайте в нашем блоге.

Какая солнечная панель лучше всего?

Существует несколько типов солнечных батарей, но почти все домашние солнечные панели используют кристаллический кремний (монокристаллический или поликристаллический). Основное отличие — чистота кремния.

Монокристаллический кремний получают из монокристалла, а поликристаллический кремний получают путем плавления фрагментов кремния вместе.В монокристаллических панелях меньше примесей, поэтому электроны с меньшей вероятностью заблокируются перед тем, как уйти в электричество, поэтому эти панели «более эффективны» или лучше при превращении солнечного света в электричество.

SunPower производит монокристаллические солнечные панели с наивысшей эффективностью. Наш X22 имеет рекордную эффективность до 22,8%, что делает его самой производительной панелью на рынке сегодня. Эффективность поликристаллических панелей обычно составляет от 15 до 17 процентов.

Подробнее о типах солнечных батарей читайте в нашем блоге.

Почему важны высокоэффективные солнечные панели?

Больше мощности при меньшем пространстве. Высокий рейтинг эффективности гарантирует, что ваша солнечная система будет вырабатывать больше электроэнергии с меньшим количеством панелей на вашей крыше. Меньшее количество панелей при большей мощности отлично подходят для крыш меньшего размера, а также для сохранения привлекательности бордюра на крышах большего размера. Кроме того, с меньшим количеством высокоэффективных панелей у вас будет место для расширения солнечной системы, если вы приобретете электромобиль или добавите к своему дому.Прямо сейчас SunPower производит солнечные панели с эффективностью более 22 процентов, что является самой высокой эффективностью на сегодняшний день.

Использование меньшего количества материалов на ватт также очень важно для поддержания нашей планеты. Фактически, это двойная выгода, потому что для построения системы требуется меньше энергии, а больше солнечной энергии вырабатывается более быстрыми темпами.

Подробнее об эффективности солнечных батарей читайте в нашем блоге.

Изнашиваются ли солнечные панели со временем?

Короче да. Ваша крыша — не очень гостеприимное место, поэтому обычные солнечные батареи со временем теряют мощность из-за коррозии и поломки.Для экономии средств эти солнечные панели обычно изготавливаются из менее прочной конструкции и материалов. В наших запатентованных солнечных элементах Maxeon® используется металлический фундамент для поддержки кремниевых и резервных соединений, что делает их почти непроницаемыми для коррозии и поломок.

Plus, всесторонние сторонние исследования оценивают панели SunPower №1 по долговечности и доказывают, что они разрушаются медленнее, чем обычные солнечные батареи. Вот почему мы предлагаем лучшую в отрасли гарантию и прогнозируем, что срок службы наших панелей составит более 40 лет.

Не отказывайтесь от слов. Наши солнечные элементы используются в суровых условиях, например, на луноходе НАСА, путешествующем по полярной ледяной шапке, и могут противостоять соленой воде на лодках, работающих на солнечной энергии. Кроме того, они привели в действие единственный самолет на солнечных батареях, который летал по всему миру.

Достижения в технологии солнечных панелей за последние годы и их использование в разработке автомобилей на солнечных батареях

В настоящее время компания Aperta Motors, занимающаяся производством высокоэффективных автомобилей, проводит тест-драйвы и испытания на безопасность новой конструкции автомобилей.Эти Aperta — это трехколесные автомобили, покрытые солнечными панелями площадью 34 квадратных фута, которые обеспечивают достаточно энергии, чтобы проехать до 40 миль в солнечный день.

Достижения в технологии солнечных панелей за последние годы и их использование в разработке автомобилей на солнечных батареях

Д-р Радж Шах Г-н Эндрю Ким, г-н Стэнли Чжан | Koehler Instrument Company

В ответ на увеличивающиеся выбросы газов, загрязнение воздуха и глобальное потепление необходим новый и надежный возобновляемый источник энергии, чтобы уменьшить серьезные экологические проблемы и стать устойчивой альтернативой сжиганию ископаемого топлива. Солнечная энергия является самым быстрорастущим источником возобновляемой энергии в США, и, по прогнозам, к 2030 году она превзойдет нынешний, наиболее используемый источник возобновляемой энергии — гидроэнергетику [1]. Под солнечной энергией понимается преобразование солнечной тепловой и световой энергии в электричество. Это считается «самой дешевой электроэнергией в истории с технологией, которая дешевле угля и газа» [2], поскольку солнце является бесплатным ресурсом, а преобразование световой энергии в электрическую занимает минимум времени и энергии [2].В связи с насущной потребностью в возобновляемых источниках энергии, не содержащих углерод, распространение фотоэлектрических панелей в последние годы растет экспоненциально.

Хотя в основном солнечная энергия использовалась для производства электроэнергии для сети, появилось много новых приложений. Эти приложения могут варьироваться от его использования в спутниках, электрификации сельской местности, солнечных дорогах, зданиях и транспорте [2]. Хотя у солнечной энергии есть свои проблемы, такие как потенциальная деградация окружающей среды, потеря среды обитания, чрезмерное использование воды и ограниченные места для хранения солнечной энергии, новые достижения в области технологий показывают многообещающие решения этих проблем.

Автомобили на солнечных батареях

В настоящее время транспортный сектор является основным источником выбросов парниковых газов. Хотя многие страны используют исключительно электромобили, которые заряжаются от возобновляемых источников энергии из сети, некоторые страны не имеют доступа к возобновляемой сетевой энергии. Более того, во многих регионах доступ к электросети ограничен городскими районами. Таким образом, автомобили, работающие на солнечной энергии, дают этим людям возможность отказаться от ископаемого топлива.

В настоящее время компания по производству высокоэффективных автомобилей Aperta Motors проводит тест-драйвы и испытания на безопасность автомобилей новой конструкции под названием Aperta. Эти Aperta представляют собой трехколесные автомобили, покрытые солнечными панелями площадью 34 квадратных фута, которые обеспечивают достаточно энергии, чтобы проехать до 40 миль в солнечный день [3]. Однако пасмурная погода или ночные условия значительно сократят потенциальную дальность движения из-за снижения уровня доступной солнечной энергии. Кроме того, современный характер этой технологии и ее относительно недавняя разработка препятствуют ее коммерческому успеху на национальном уровне, поскольку необходимо внедрять дальнейшие улучшения и функции безопасности.

Соучредители Aperta Motors, Стив Фамбро и Крис Энтони, хотели создать новый, более эффективный автомобиль, который мог бы работать на солнечной энергии вместо обычных двигателей внутреннего сгорания, которые сжигают бензин для топлива обычных и гибридных автомобилей. Во время сгорания бензина до 80% произведенной энергии теряется в виде тепла, сопротивления ветра, торможения и сопротивления качению, в то время как только около 20% генерируемой энергии используется для движения транспортного средства [3]. Даже гибриды тратят в среднем 70% топлива на эти потери.Но электромобили могут иметь КПД от 60 до 70%, в зависимости от технологии, времени суток и местоположения автомобиля [3]. Большинство электромобилей тратят около 30% своей полной потенциальной энергии из-за сопротивления и преобразования токов [3]. Однако новая конструкция Aperta позволяет использовать 90% своей полной емкости при движении транспортного средства [3].

Aptera дает много преимуществ в качестве нового дизайна автомобиля. Его аэродинамическая форма, в отличие от большинства транспортных средств, снижает трение, сопротивление, сопротивление и, благодаря своей скользкой текстуре, может даже заставить небольшие легкие предметы соскальзывать с зеркала или с самого себя.Кроме того, у него более легкая рама, требующая меньше энергии для перемещения автомобиля; может автоматически отводить тепло как снаружи, так и из салона автомобиля при парковке; заряжается полностью в 10 раз быстрее, чем средний электромобиль; и для его питания требуется лишь небольшое количество солнечных панелей.

Рис. 1: Aperta: всего три колеса и очень острый изогнутый конец, чтобы минимизировать трение, и он имеет форму яйца для обеспечения прочности и сохранения прочности, как щит [3].

Рис. 2: Установленные солнечные панели на гибридном автомобиле. Эти скины допускают косметическую настройку и стоят меньше, чем установка обычных солнечных батарей на автомобили [5].

Интеграция фотоэлектрических панелей в автомобили становится все более возможной и востребованной благодаря новым достижениям в фотоэлектрических технологиях и в ответ на рост цен на топливо [4]. Эти автомобили станут эффективным решением экологических проблем и экономии энергии.

Солнечные панели, Носимые солнечные батареи, Солнечные водоочистители и повышение эффективности солнечных панелей

На протяжении большей части истории солнечных панелей они были тяжелыми, жесткими и неэффективными. Таким образом, их использование было очень ограничено более крупными приложениями, такими как питание дома или автомобиля. Однако достижения в технологии солнечных панелей позволили солнечной энергии стать также жизнеспособным решением для ряда потребительских товаров.

В последние годы исследователи и разработчики приложений солнечной энергии стремятся создать более эффективные солнечные панели. Благодаря вкладу швейцарских и американских исследователей в перовскитовые солнечные панели произошел значительный прорыв.В настоящее время перовскитные солнечные панели могут достигать КПД более 20%, но при этом остаются одним из самых дешевых вариантов на рынке. Исследователи Массачусетского технологического института в настоящее время работают над разработкой новой технологии, которая может удвоить производство энергии солнечными элементами в целом за счет улавливания ненужного тепла. Если пробные испытания и результаты будут такими, как ожидалось, стоимость солнечных панелей на рынке может резко упасть [6]. Кроме того, солнечные панели больше не должны быть тяжелыми и жесткими поверхностями. Солнечные панели — это специально разработанные солнечные панели, которые позволяют солнечным элементам соответствовать практически любой поверхности.Это может быть полезно для предприятий, домов и государственных учреждений, поскольку эти солнечные панели могут отображать пользовательские изображения на поверхностях и обеспечивать такое же количество солнечной энергии, как и обычные солнечные панели [7]. Хотя носимые солнечные устройства не совсем новы, появились новые разработки в области текстиля. Солнечные устройства раньше делались строго из твердого пластика или даже металла, но теперь они могут превращаться в стулья, сиденья и хлопок [6].

Поскольку солнечная энергия продолжает совершенствоваться, ее можно использовать в ряде новых приложений.Например, в прошлом году Стэнфордский университет сотрудничал с Министерством энергетики в разработке солнечных водоочистителей. Эти очистители представляют собой солнечные устройства, которые могут очищать воду под воздействием солнечного света, и они способны фильтровать воду более быстро и эффективно. Предыдущие разработки требовали нескольких дней воздействия радиации для полной очистки воды, но новые конструкции могут получать доступ к видимому свету и очищать такое же количество воды за считанные минуты (примерно в 4000 раз быстрее) [6].

Мировые инновации будущего: дороги на солнечных батареях, краска для солнечных батарей, окна на солнечных батареях и другие автомобили на солнечных батареях

Солнечные дороги

Солнечные дороги — это солнечные батареи, которые устанавливаются на проезжей части.Они спроектированы так, чтобы быть достаточно прочными, чтобы выдерживать большое давление, и должны быть способны генерировать значительное количество солнечной энергии, даже когда они покрыты другими материалами. Солнечные дороги предназначены для обеспечения энергией транспортных средств, чтобы они могли двигаться без значительного расхода топлива. Установка солнечных дорог стала популярной идеей после того, как во французских испытаниях были получены результаты, близкие к эффективности (ожидаемые). Испытание продемонстрировало, что 2800 м2 дороги, покрытой солнечными панелями, могут давать 420 кВтч в день, но по цене 14000 долларов за киловатт (средняя стоимость установки солнечных панелей в домах составляет 3140 долларов) [8].Панели также генерируют менее трети энергии, которую обычные панели генерируют при оптимальных углах. Несмотря на эти проблемы, технология по-прежнему широко используется в солнечных велосипедных дорожках, огромных солнечных проезжих частях в Китае и солнечных тротуарах в Америке [8]. Несмотря на то, что технология дорогая, с усовершенствованиями и дополнительными испытаниями, солнечные дороги будут вносить большой вклад в продвижение солнечной энергии в качестве основного источника энергии во всем мире. Хотя испытание солнечных дорог во Франции не дало особых эффективных результатов, они по-прежнему производили электричество и стимулировали совершенствование солнечных дорожных технологий.

Солнечная краска

Солнечная краска может улавливать энергию Солнца и преобразовывать ее в электричество. Преимущества, связанные с этими красками, связаны с широким спектром применения, но в настоящее время им не хватает эффективности традиционных солнечных панелей. Несмотря на это, солнечные краски, вероятно, будут коммерциализированы в течение следующих пяти лет [9]. Существует три типа солнечных красок: водородсодержащая солнечная краска (водородные солнечные краски), солнечные элементы с квантовыми точками (фотоэлектрическая краска) и перовскитная солнечная краска, которые могут применяться в различных ситуациях.Водородсодержащие солнечные краски поглощают влагу из атмосферы и поглощают световую энергию, падающую на краску, благодаря материалам на основе оксида титана. Эта световая энергия обеспечивает энергию (в виде тепла) для разрушения молекулы h3O на два элемента — водород и кислород; Затем водород можно улавливать для выработки энергии через топливный элемент. Ведущий исследователь заявляет, что им не нужна фильтрованная вода для питания системы, потому что их разработка для солнечной краски может производить водород даже из небольшого количества водяного пара, присутствующего в воздухе. Водород для солнечных красок — дешевый и экологически чистый способ получения энергии только из окружающих молекул h3O [9].

Фотоэлектрическая краска, разработанная Университетом Торонто, состоит из квантовых точек, которые представляют собой проводники нанометрового размера, которые превращают свет в электрические токи. Они дешевле и эффективнее обычных солнечных батарей. Кроме того, увеличивая размер точки квантовой солнечной краски, количество поглощения света может увеличиваться в большем масштабе, что вызывает экспоненциальное увеличение преобразования световой энергии в электричество.Исследователи говорят, что когда-нибудь в будущем фотоэлектрические краски будут широко распространены, когда они закончат тестирование того, что солнечные краски действительно работают на каждой поверхности (в настоящее время не могут применяться к солнечным панелям, поскольку они снижают общую эффективность и могут наноситься только на деревянные поверхности. ) [9].

Последней инновационной краской стали перовскитные солнечные краски, которые состоят из одного типа минерала оксида титана и являются компонентами солнечных элементов [9]. Кроме того, хотя все три солнечные краски находятся в жидкой форме, перовскитные солнечные краски имеют самую низкую вязкость.Это позволяет распылять перовскитные солнечные краски на поверхности, образуя солнцезащитный слой. Солнечная краска может улучшить уже встроенные солнечные системы, будь то крыши, двери или автомобили. Кроме того, с повышенным уровнем эффективности и более низкими производственными затратами или рыночными ценами солнечные краски могут служить основным источником энергии для домов и предприятий и могут полностью изменить энергетическую отрасль.

Солнечное стекло

Солнечное стекло вместе с солнечными окнами — это прозрачные солнечные элементы, которые могут изменить способ сбора и использования солнечной энергии.Они могут превращать солнечный свет в энергию без использования голубовато-серых непрозрачных панелей, из которых вырабатывается электричество, и могут использоваться на любой стеклянной поверхности. Солнечное стекло — это обычное стекло, которое имеет покрытие из органического красителя на своей поверхности, которое позволяет пропускать видимый свет и собирать, улавливать невидимые инфракрасные лучи и затем преобразовывать их в электричество [10]. Но солнечные окна относительно новые и имеют такую ​​же форму и размер, что позволяет производить около двух третей обычных солнечных панелей.Вместе с тем, стоимость солнечных окон в среднем на 20% выше, чем у обычных окон [10]. Но компания Ubiquitous Energy, которая первой разработала этот продукт, заявляет, что чем больше солнечного материала будет установлено в зданиях, тем больше будет производства энергии, которое может равняться потребляемой электроэнергии или даже производить больше электроэнергии, чем используется.

Рис. 3: На этом изображении показано солнечное окно, которое действует как обычное окно благодаря оптической системе, пропускающей видимый свет (создавая эффект затенения), но также поглощающему невидимый инфракрасный свет с воздухом / аргоном внутри него [10].

Заключение

Чистая энергия, такая как солнечная энергия, является ключевым элементом развития более зеленого мира. Солнечная энергия — самый быстрорастущий источник энергии в мире. Солнечная энергия, названная наиболее эффективным / экономичным источником энергии, и по мере роста глобального потепления становится лучшей альтернативой сжиганию ископаемого топлива [1]. Также ожидается, что он будет расти намного быстрее, чем другие возобновляемые источники, такие как гидроэнергетика и энергия ветра, потому что энергия солнца является наиболее распространенным возобновляемым источником энергии [2].

Недавняя инновация автомобилей на солнечной энергии демонстрирует выдающееся применение технологии солнечной энергии. Эти автомобили способны использовать солнечную энергию через солнечные элементы и могут более эффективно использовать энергию для движения по сравнению с традиционными автомобилями, работающими на газе. Кроме того, появление солнечных панелей привносит уровни косметической индивидуализации в автомобили, включая технологию солнечной энергии по экономически обоснованным затратам. Достижения в области оксида кальция и титана, вероятно, еще больше повысят эффективность солнечных панелей и расширит диапазон солнечных приложений в будущем [9].

Тем временем в крупных странах, таких как Америка, Китай и Япония, сооружаются дороги на солнечных батареях для выработки энергии для дорожных транспортных средств. Водородсодержащие солнечные краски, солнечные элементы с квантовыми точками и перовскитные солнечные краски могут служить в качестве основных источников энергии для зданий и могут произвести революцию в энергетической отрасли. Ожидается, что в следующие пять-десять лет применение солнечной энергии значительно вырастет, поскольку открываются новые области применения солнечной энергии, а солнечные технологии продолжают развиваться. Кроме того, ожидается, что занятость установщиков фотоэлектрических систем будет расти в 15 раз быстрее, чем средний рост рабочих мест в США, и поскольку в солнечной отрасли ежегодно увеличивается занятость на 22% [12].

О докторе Радже Шахе
Доктор Радж Шах — директор компании Koehler Instrument Company в Нью-Йорке, где он проработал последние 25 лет. Он избран научным сотрудником своих коллег из IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSTMC, Энергетического института и Королевского химического общества. Лауреат премии ASTM Eagle, доктор Шах недавно опубликовал бестселлер «Справочник по топливу и смазочным материалам». ,
подробности о которых доступны по адресу https: // www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/MNL/SOURCE_PAGES/MNL37-2ND_foreword.pdf

Доктор наук в области химической инженерии Университета Пенсильвании и научный сотрудник Института дипломированного менеджмента, Лондон, доктор Шах также является дипломированным ученым в Научном совете, дипломированным инженером-нефтяником в Энергетическом институте и дипломированным инженером. с Инженерным советом Великобритании. Адъюнкт-профессор кафедры материаловедения и химической инженерии в Государственном университете Нью-Йорка, Стоуни-Брук, Радж имеет более 330 публикаций и работает в нефтяной сфере в течение 3 десятилетий.Более подробную информацию о Радже можно найти на https://www. petro-online.com/news/fuel-for-oughtt/13/koehler-instrument-company/dr-raj-shah-director-at-koehler-instrument- компания-награждена-разноплановыми-наградами / 53404

О Стэнли Чжане и Эндрю Киме

Стэнли Чжан и Эндрю Ким — студенты факультета химической инженерии в Государственном университете Нью-Йорка, Стони-Брук, где доктор Шах является председателем внешнего консультативного комитета Департамента.материаловедения и химической инженерии.

Цитируемые работы Страница

[1] «Возобновляемая энергия». Центр климатических и энергетических решений, Habitat Seven, 27 апреля 2020 г.

[2] Эванс, Саймон. «Солнечная энергия — это« самая дешевая электроэнергия в истории », — подтверждает МЭА». Carbon Brief, Carbon Brief, 16 окт.2020 г.

[3] Каплан, Сара. «Похоже, что это Бэтмобиль, работающий на солнечной энергии, и, возможно, будущее автомобилей. »The Washington Post, WP Company, 25 февраля 2021 г.

[4] Риццо, Джанфранко. «Солнечная энергия для автомобилей: перспективы, возможности и проблемы» Университет Салерно, 27 мая 2010 г. (Не слишком ли поздно?)

[5] Коэн, Нэнси. «Toyota будет тестировать солнечные панели для электромобилей». Tech Xplore — Новости технологий и инженерии, Tech Xplore, 6 июля 2019 г.

[6] Ричардсон, Люк. «Солнечные технологии: что такое последний прорыв ?: EnergySage.»Solar News, EnergySage, 22 августа 2019 г.

[7] «Какие новые технологии солнечных панелей революционизируют производство энергии?» Солнечные обзоры, Солнечные обзоры, 29 января 2021

[8] Альтер, Ллойд. «Солнечная дорога во Франции вырабатывает половину ожидаемой энергии». Treehugger, Dash, 18 окт.2018 г.

[9] «Солнечная краска: следующая большая вещь в возобновляемой энергии?» Солнечные обзоры, Солнечные обзоры, 5 фев. 2021

[10] Айенгар, Риши.«Эта компания хочет превратить ваши окна в солнечные панели». CNN, Сеть кабельных новостей, 30 марта 2020 г.

[11] Моханрадж, Грейс. «Все, что вам нужно знать о солнечной энергии!» Toppr, Главное управление среднего образования, 17 июля 2018 г.

[12] «Национальная солнечная перепись рабочих мест». The Solar Foundation, The Solar Foundation, 2 марта 2021 г.

[13] Лоухорн, Уильям. «Профессиональный рост в следующем десятилетии». Бюро статистики труда США, U.S. Бюро статистики труда, февраль 2021 г.

Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения AltEnergyMag

---

Комментарии (0)

Эта запись не имеет комментариев. Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.

---

Опубликовать комментарий

Вы должны войти в систему, прежде чем сможете оставлять комментарии. Авторизуйтесь сейчас.

Рекомендуемый продукт

RBI Solar — Dahlia Has You Covered

Что, если бы вы могли максимально увеличить коэффициент покрытия земли (GCR) в своем следующем проекте и не беспокоиться о сложных переменных, которые поставляются с системой отслеживания? Благодаря конструкции с низким наклоном и зазором, Dahlia® имеет самый высокий GCR среди всех систем с фиксированным наклоном на рынке. Система доступна в трех вариантах наклона (7,5, 10 и 12,5 градусов) и предназначена для установки фотоэлектрических модулей любого размера. Легкая система сконструирована с меньшим количеством компонентов, некоторые из которых доставляются на рабочие места в предварительно собранном виде. Эта особенность конструкции снижает транспортные расходы и быстро сокращает время монтажа на месте, необходимое для завершения строительства. Максимальное покрытие PV на объекте может привести к увеличению производства, что создает большую финансовую отдачу для владельцев проектов.Более 100 МВт проектов Dahlia® были развернуты по всей территории Соединенных Штатов, в регионах с переменными снеговыми и ветровыми нагрузками. Сколько Dahlia® может покрыть и сэкономить вам на следующем проекте?

солнечных панелей достигли своего предела. Эти кристаллы могут это изменить.

Когда в конце марта администрация Байдена объявила об инициативе на 128 миллионов долларов по сокращению затрат на солнечную энергию, значительная часть этих денег пошла на исследования материалов, названных в честь малоизвестного русского геолога и дворянина XIX века: Льва Перовски.

Среди перечисленных проектов: 40 миллионов долларов на исследования и разработки так называемых перовскитных материалов, которые ученые используют, чтобы раздвинуть границы того, насколько эффективными и адаптируемыми могут быть солнечные элементы.

И хотя перовскиты не являются чем-то новым — они были впервые обнаружены на Урале в России в 1839 году, и они относительно распространены — их недавнее применение в солнечной энергетике породило надежду на то, что люди будут использовать их для лучшего освоения тысяч мегаватты энергии солнца, падающего на Землю каждый час.

«Я бы сказал, что перовскиты — одна из самых интересных возможностей для солнечных батарей в ближайшем будущем», — сказал Дэвид Митци, профессор машиностроения и материаловедения в Университете Дьюка, изучавший материалы с 1990-х годов.

Любая новая солнечная энергетическая технология должна конкурировать с кремниевыми солнечными элементами, которые используются уже более 50 лет, сказал Митци. Но перовскиты обладают потенциалом как для повышения эффективности кремниевых ячеек, так и, возможно, для прямой конкуренции с ними: «Я думаю, что определенно есть возможности.”

Эффективность — это лишь одна из характеристик. Перовскитные элементы могут быть легко изготовлены из различных материалов, вырабатывающих электричество, и при гораздо более низких температурах — и, следовательно, потенциально более низких затратах — чем кремниевые элементы. Но прежде чем они смогут полностью заменить кремний, необходимо решить проблему стабильности и долговечности перовскитных ячеек.

Ученые открыли целый класс перовскитных материалов, которые имеют определенную структуру, включающую три различных химических вещества в кубической форме кристалла.Несколько лет назад они осознали, что некоторые перовскиты являются полупроводниками, например кремний, используемый в электронике. Но только в 2009 году исследователи обнаружили, что перовскиты также можно использовать для создания солнечных батарей, которые превращают солнечный свет в полезное электричество.

Первые перовскитные элементы имели очень низкий КПД, поэтому большая часть падающего на них солнечного света не использовалась. Но они быстро улучшились.

«Эффективность, с которой солнечные элементы, содержащие эти перовскитные материалы, преобразуют солнечный свет в электроны, выросла с невероятной скоростью, до такой степени, что теперь эффективность приближается к эффективности кремниевых солнечных элементов в лаборатории», — сказала Линн Лу. профессор химической инженерии в Принстонском университете и директор Центра Андлингера по энергии и окружающей среде.«Вот почему мы так рады этому классу материалов».

Перовскитные солнечные элементы также могут быть изготовлены относительно легко — в отличие от кремниевых элементов, которые необходимо очищать при очень высоких температурах и поэтому для их производства требуется много энергии. Перовскиты могут изготавливаться в виде тонких листов при низких температурах или в виде чернил, которые можно эффективно «печатать» на подложках из других материалов, таких как гибкие рулоны пластика.

Это может привести к их использованию на поверхностях, где кремниевые солнечные элементы не будут быть практичными, например, снаружи автомобилей или грузовиков; или они могут быть даже напечатаны на ткани для питания носимой электроники.Другой вариант — нанести тонкие пленки перовскита на оконные стекла, чтобы они пропускали большую часть света, а часть его использовали для выработки электроэнергии.

Но одно из самых многообещающих применений перовскитных ячеек — объединить их с кремниевыми элементами, чтобы они использовали больше солнечной энергии, чем только кремний. Лучшие кремниевые элементы приближаются к своей теоретической максимальной эффективности около 29 процентов. Но перовскитные элементы можно настроить для выработки электричества из длин волн света, которые кремниевые элементы не используют, и поэтому покрытие кремниевых солнечных элементов полупрозрачными пленками перовскитных элементов может преодолеть этот фундаментальный предел.

Физик Генри Снайт из Оксфордского университета, ведущий исследователь перовскитных солнечных элементов, видит в этом способ объединить промышленное господство кремния с технологическими преимуществами перовскитов. Он считает, что «тандемные» кремниевые и перовскитные элементы с эффективностью выше 40 процентов могут получить коммерческое распространение в течение 10 лет, и что вскоре за ними могут последовать многослойные элементы с эффективностью более 50 процентов.

Потенциал перовскитных солнечных панелей также привлек внимание правительства как здесь, так и за рубежом.Помимо создания новых коммерческих возможностей для американских компаний, перовскиты могут стать относительно недорогим способом для солнечной энергетики бросить вызов ископаемым видам топлива для производства электроэнергии. «Я думаю, что многие из нас хотят, чтобы технология действительно начала решать некоторые проблемы изменения климата, которые необходимо решить к 2050 году», — сказал физик Джо Берри, который возглавляет исследования солнечных перовскитов в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голден, Колорадо.

Перовскитовые солнечные элементы все еще сталкиваются с проблемами, и ключевой из них является проблема стабильности.Частично из-за того, что перовскитовые ячейки просты в изготовлении, они также быстро разрушаются от влажности и тепла. По словам Снайта, некоторые экспериментальные перовскитные ячейки оставались стабильными в течение десятков тысяч часов, но им еще предстоит пройти долгий путь, чтобы соответствовать требованиям 25 или 30 лет использования кремниевых элементов.

Некоторые из наиболее многообещающих перовскитных материалов для солнечной энергетики также содержат свинец, который может выделяться в окружающую среду при разложении перовскитных элементов. Исследователи изучают альтернативы перовскитам на основе свинца, такие как перовскиты на основе олова, и аналогичные кристаллические структуры, содержащие другие, более безопасные вещества.

«Я думаю, что впереди нас ждут некоторые проблемы», — сказал Лу. «Будет ли [перовскиты] играть значительную роль, зависит от того, сможем ли мы преодолеть эти проблемы».