Разработаны полностью прозрачные солнечные панели. Прозрачные солнечные батареи

Прозрачные солнечные батареи

Прозрачные транзисторы и оптоэлектроника, созданные исследователями из Государственного Университета штата Орегон и компании Hewlett Packard , нашли свое первое важное промышленное применение в новом типе солнечной энергетической системы. Новая система в 4 раза более рентабельна, чем любая существующая технология.

Это первая в мире полностью прозрачная интегральная схема на основе неорганических компонентов, которая будет использована при построении очень эффективной солнечной батареи. Новая технология преобразует солнечный свет в электричество в 2 раза эффективнее и в 2 раза дешевле традиционных солнечных панелей .

Самые современные солнечные энергетические системы используют механические средства слежения за Солнцем и оптимизации концентрирования энергии. Новая солнечная батарея имеет оптическую технологию слежения и фокусировки света. Отсутствие механики и плоский дизайн позволяет размещать панель на крыше дома.

Энергия из окна: созданы прозрачные солнечные батареи

Прозрачный люминесцентный концентратор солнечной энергии, как его назвали создатели, может использоваться на зданиях, автомобилях, гаджетах и любых других устройствах, которые имеют прозрачные поверхности. Причем ключевым словом здесь является именно прозрачные.

Исследования в области производства энергии из солнечных батарей идут много лет, но до сих пор используемые материалы были цветными ввиду конструктивных особенностей. Никто не хочет постоянно сидеть за цветным стеклом это все равно что пытаться работать на дискотеке. К счастью, теперь нам удалось сделать активный люминисцентный слой прозрачным, говорит Ричард Лант, доцент кафедры химической технологии и материаловедения.

Система солнечных батарей использует небольшие органические молекулы, разработанные командой ученых, чтобы поглощать определенные длины волн солнечного света. Мы можем настроить эти материалы так, чтобы поглощать только ультрафиолет и лучи с почти инфракрасной длиной волны, чтобы затем подсвечивать другую длину волны в инфракрасном диапазоне, поясняет Ричард.

Светящийся инфракрасный свет преобразуется в электроэнергию с помощью тонких полосок фотоэлектрических солнечных элементов батареи. Благодаря тому, что наши материалы не поглощают и не излучают свет в видимом спектре, они выглядят абсолютно прозрачно для человеческого глаза, гордится Лант.

Зарядите свой телефон с помощью прозрачной плёнки

На выставке Mobile World Congress в Барселоне представили прозрачная фотоэлектрическая пленка, позволяющую с легкостью зарядить мобильный телефон. Пленку крепят на экране мобильного устройства, не мешая при этом пользоваться всеми функциями телефона. Пленку, стоимость которой будет всего один евро, создала компания Wysips. Изобретатели думают, что первые мобильные телефоны, оснащенные такой пленкой, появятся в магазинах уже в конце этого года.

Новинка, по словам представителей Wysips, позволяет избавиться от проблем неожиданно разрядившейся батарейки. Чтоб её подзарядить, нужно лишь выставить телефон на солнечный свет. Десять минут на солнце хватит для того, чтоб поговорить в течение двух минут. Для полной зарядки, нужно оставить телефон на солнце на 6 часов.

Как говорит президент компании Людовик Дебло, устройства с такой пленкой будут самыми востребованными в странах Африки. Около 500 млн. человек могут позволить себе телефоны, но при этом многие районы не имеют электричества, сообщает AFP.

Учёные создали полностью прозрачные солнечные батареи

Прозрачные фотоэлектрические батареи пока не могут быть использованы в дисплеях смартфонов, но не стоит терять надежду – исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе работают над новой, полностью прозрачной солнечной батареей. Учёные использовали новый тип полимеров. На сегодняшний день существующий прототип может похвастаться преобразованием пока только 4% от поступающей энергии и 66-процентной прозрачностью.

Это не кристально-чистая поверхность, но она уже достаточно прозрачная и пропускает больше света, чем матовое стекло. Новая технология может быть использована практически везде, а особенно в новых постройках, где окна с такими солнечными батареями вместо стекол можно будет уже при строительстве подключать к электрической сети строения. «Эти результаты работы открывают нам путь к созданию не только простых прозрачных солнечных батарей. но и различных вспомогательных фотоэлектрических устройств для портативных приборов, встроенных счетчиков и других приложений», – говорит лидер проекта Янг Янг .

По его словам, сейчас в мире наблюдается растущий интерес именно к прозрачным и полупрозрачным солнечным панелям. ввиду их универсальности. Панели созданы из пластик-подобного материала, который по своей природе легок и, к тому же, он гибкий. Что еще более важно, так это то, что производство подобного пластика не является экономически затратным и конечная продукция может быть сравнительно дешевой.

Солнечные панели становятся самым распространённым в быту источником дополнительной электроэнергии. Уже традиционны стали установки солнечных батарей на крышах домов или во дворах. Наиболее же современным и инновационным решением для использования солнечных батарей может стать их установка прямо в окнах, что позволит использовать солнечные батареи городским жителям в многоэтажных жилых домах.

Установить в качестве окна солнечную панель можно будет в том случае, если на рынке появятся технологии по производству прозрачных солнечных панелей. Подобные энергетические элементы можно будет устанавливать в квартирах и жилых домах. Первую, по-настоящему пригодную для промышленного производство технологию представили ученые из Мичиганского Государственного Университета. Представленные солнечные элементы задерживают всего 1% солнечного света, однако коэффициент преобразования энергии пока не превышает 7%.

Руководитель проекта Ричард Лунт отмечает, что прозрачные солнечные панели будут более востребованы широкими массами городского населения. Большинство же ранее представленных образцов прозрачных солнечных панелей нельзя назвать жизнеспособными, поскольку для производства потребовалось использовать дорогостоящие компоненты. Наиболее пригодной считалась идея использования наночастиц для производства прозрачных фотоэлементов, однако их эффективность даже в лабораторных условиях не превышала 1%.

Американская разработка основана на поглощении невидимого глазу спектра ультрафиолетового и инфракрасного излучения, которые поглощаются реальными фотоэлементами, расположенными по периметру стекла в виде специального покрытия. Подобный эффект достигается применением органического солевого материала TLSC. В качестве солнечных фотоэлементов команда Ричарда Лунта использовала самые современные батареи, способные поглощать инфракрасное излучение.

Применение прозрачных солнечных панелей не будет ограничено оконными проемами, поскольку прозрачные панели можно будет использовать в мобильных устройствах и всей носимой электронике, автомобилестроении и промышленном аграрном секторе.

Прозрачные солнечные батареи в оконных стеклах

Энергетическая проблема заставляет ученых изобретать все более изощренные способы экономии ресурсов. Всем известные, и уже довольно популярные, солнечные панели эффективны и надежны, гарантия на них равна 25 годам исправной службы, однако они громоздки и занимают много места. Это может стать серьезной помехой там, где существует дефицит жилой площади.

Компания Konarka предлагает свой вариант решения проблемы: прозрачная солнечная панель в виде гибкой пленки. Такой проект показался компании настолько перспективным, что она заключила контракт с фирмой Arch Aluminum Glass, производящей строительные материалы, о производстве окон со встроенной солнечной панелью. Пленка будет монтироваться между двумя оконными стеклами. Компания уже выпустила опытные образцы окон.

Преимущество именно этих солнечных панелей состоит в широком спектре их использования: встраивание в стекла, военные палатки, портативные зарядные устройства, различные датчики. Однако, в отличие от привычных непрозрачных солнечных батарей, часто устанавливаемых на крышах зданий, прозрачные оконные панели теряют слишком много солнечной энергии, пропуская ее через себя. И все же, несмотря на возможный коммерческий провал, компания планирует выпустить несколько пробных партий.

Источники: aenergy.ru, www.popmech.ru, econet.ua, sun-shines.ru, ukrelektrik.com, www.techvesti.ru

Это интересно

Автоматическая станция Луна-13

«Луна-13» — советская межпланетная станция для изучения Луны и космического пространства. 21 декабря 1966 года осуществлён пуск ракеты-носителя ...

Фейри – волшебный народ

Фольклор кельтских и германских народов повествует о таинственных существах, называемых фейри. Это волшебный народ, который включает в себя ...

Электрический внедорожник Jaguar

Генеральный директор Ральф Спэт сообщил в интервью европейскому автомобильному интернет-изданию, что возглавляемая им компания совместно с ...

Гигант Мимант

Мимант, как и других гигантов, породила Гея-Земля, впитавшая кровь оскопленного Урана. Появился на свет он на Флегрейских ...

Оливье Левассер

Среди промышлявших в Атлантическом океане пиратов одним из наиболее известных является Оливье Левассер. Он также был ...

Архитектура Киевской Руси

Н. М. Карамзин в «Истории государства Российского», описывая истоки возникновения искусства Древней Руси, рассказывает, как «Владимир, увидев, подобно ...

Подготовка к созданию собственного сайта

Современный мир нельзя представить без Интернет. Многие заходят в него, чтобы посмотреть видео, узнать новости, погоду на сегодня ...

Крылатая ракета X-32
Когда боги приступили к возведению чертогов и палат Асгарда, к ним пришел великан со странной просьбой. Он попросил богов, чтобы ему...
Культура древнего Рима
Как уже говорилось выше, рассказ о Жиле де Реце стал основой для появления истории о Синей Бороде, но вполне вероятно, что эта ассоциация...

objective-news.ru

Разработаны полностью прозрачные солнечные панели :: Статьи

Полностью прозрачные солнечные панели. Michigan State University

Прозрачность достигается за счет того, что панели преобразуют в электричество ультрафиолетовую часть солнечного спектра, не воспринимаемую человеческим глазом. Этого удалось добиться благодаря технологии люминесцентных солнечных концентраторов, содержащиеся в которых органические соли и поглощают невидимое излучение.

Оказавшись внутри панели, излучение отражается от плоскостей и проникает к её краям. Там его принимают узкие полоски из обыкновенных фотоэлектрический преобразователей, которые и поглощают свет, выделяя энергию.

Подобная технология была известна и ранее, но ученым из Мичигана удалось решить одну из её двух главных проблем — сделать стекло прозрачным. Ранее концентраторы выдавали слегка красноватый оттенок. При этом пришлось пожертвовать эффективностью самих панелей. Если КПД лучших образцом окрашенных люминесцентных солнечных преобразователей доходит до 7%, то новая разработал пока достигает лишь одного процента, хотя ученые и утверждают, что в скором времени смогут повысить этот показатель до 5-10%.

Такой показатель можно будет считать уже высоким с учетом того, что в современных серийных солнечных батареях он доходит до 25%. Впрочем, солнечные концентраторы — не единственный вариант развития индустрии. Не так давно компания Solar Window представила гибкую прозрачную пленку разных оттенков, которую можно приложить как к плоскому стеклу, так и к изогнутой пластиковой поверхности. Такая пленка пропускает свет, но задерживает ультрафиолетовые лучи, преобразуя их в электроэнергию.

Фото © nextnature.net

Next Nature Network: First Entirely Transparent Solar Panel Could Transform our Cities

archspeech.com

Новое поколение солнечных батарей: прозрачные, рулонные

Ученые во всем мире работают над созданием новых солнечных батарей, которые при высокой эффективности могли бы принимать различные формы и широко использоваться при строительстве в строительной индустрии. Каждая новая разработка, каждое новое достижение ученых, каждое новое поколение солнечных батарей – это пусть небольшой, но шаг вперед, это своеобразный прорыв в деле освоения альтернативных источников энергии, которые позволят снизить зависимость человечества от традиционных ископаемых энергоносителей.

Будущее фотовольтаики: три перспективных направления

1.Прозрачные солнечные батареи

Австралийская компания Dyesol работает, как она заявила, над фотоэлектрической системой будущего. Основой этой системы являются так называемые «гретцель-ячейки» - разноцветные солнечные ячейки. Своим названием они обязаны человеку, который их изобрел, – химику Майклу Гретцелю, запатентовавшему эти ячейки еще в 1992 году. Эти ячейки функционируют аналогично тому, как функционируют зеленые листья растений. Краситель, содержащийся в материале этих ячеек, реагирует на свет и создает тем самым разность потенциалов на поверхности пленки. Гретцель-ячейки почти прозрачны и могут быть использованы в различных покрытиях. Это делает их гибкими, а область применения практически не ограничена.

Разноцветные гретцель-ячейки на фасаде нового Конференц-центра в Лозане.

Самое большое преимущество этих ячеек заключается в том, что они дешевые, экологически чистые, работают даже от рассеянного света и при неблагоприятных углах падения солнечных лучей. Однако для их полноценного практического применения требуются дополнительные исследования. Дело в том, эффективность этих ячеек пока не превышает 15%, что значительно ниже аналогичных показателей у кремниевых гелиевых элементов. Тем не менее теоретические расчеты показывают, что при соответствующих технологиях эффективность гретцель-ячеек может достигнуть 31%. И тогда в самом недалеком будущем можно ожидать появление домов, стены которых покрыты краской, генерирующей электричество.

2.Фотовольтаика, воплощенная в камне

Исследовательская лаборатория немецкого университета из города Кассель под руководством профессора Хайке Клуссманна, продолжая работы, начатые Гретцелем, в своих изысканиях пошли намного дальше. В лаборатории был разработан строительный материал, сочетающий в себе свойства бетона и гелиевой ячейки.

Этот новый материал его создатели назвали DysCrete. Как поясняют исследователи, бетон в данном случае выполняет функции электрода, в то время как искусственный фотосинтез происходит в красителях, изготовленных на базе фруктовых экстрактов. В самом начале исследовательская группа экспериментировала даже с соком черной смородины, пока разработчики не нашли более эффективные красители.

Эксперименты с красными красителями и бетоном в университете Касселя.

Руководитель проекта профессор Хайке Клуссманн говорит: «Наша цель состоит в том, чтобы разработать материал, который в будущем найдет широкое применение в строительной отрасли, например, для сборных элементов при возведении зданий и сооружений, в качестве фасадных элементов, новых компонентов стен».

3.Рулонные солнечные ячейки

Тонкие, гибкие и очень дешевые. Таковы характеристики гелиевой фольги и гелиевой бумаги. Немецкая компания Heliatek выпустила пленку, толщина которой значительно меньше миллиметра. Эта пленка сохраняет свою электрическую эффективность даже в условиях плохой освещенности и высоких температур. В настоящее время серьезные исследования и эксперименты с гелиевой бумагой проводит технический университет в городе Хемниц.

Исследователи экспериментируют с бумажно-пленочными солнечными модулями.

С нормальной техникой печати светочувствительный слой может быть нанесен на бумагу. При этом в лабораториях университета уже получены достаточно обнадеживающие результаты. На сегодняшний день речь идет о напряжении в 4 вольта и коэффициенте полезного действия 1.3%. Но это только начало работ. Теоретические расчеты показывают достижение показателя эффективности, сопоставимого с аналогичными показателями кремниевых солнечных элементов. 3PV (Printed Paper Photo Voltaics) – (Печать Бумага Фото Вольтаика) – так назвали ученые свое открытие.

Взгляд в будущее: наноструктуры с переменным показателем преломления

В голландском городе Эйндховен в институте AMOLF фотоники и нанофизики полупроводников лаборатория под руководством профессора Джейми Гомеса Риваса проводит исследовательские работы, преследующие цель повышения эффективности солнечных батарей.

В основу этих исследований положена идея максимального увеличения светового потока на единицу площади. Чтобы эту идею воплотить в жизнь, исследователи обратились к тому, что уже было «изобретено» природой – глазам ночных мотыльков. Эти природные светоприемники воспринимают малейшие кванты света, благодаря чему насекомые прекрасно видят и ориентируются в кромешной темноте. По образу и подобию глаз ночного мотылька ученые попытались создать искусственную структуру, которая бы работала подобным образом.

В результате многочисленных экспериментов, сложнейших расчетов была получена многослойная наностуктура на базе фосфида галлия. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале «Advanced Materials» («Современные материалы»). В опубликованном материале профессор Джейми Гомес Ривас говорит: «Впервые мы показали, что полученные нами структуры делают возможным практически полное поглощение светового потока». В слоистой структуре глаза мотылька показатель преломления света постепенно меняется от слоя к слою и увеличивается более чем в три раза, прежде чем попадет на зрительный нерв. Такого же эффекта исследователи достигли с помощью полученной ими многослойной структуры мельчайших наностержней с переменной длиной и толщиной.

Наноструктуры с переменным показателем преломления

Благодаря именно таким переменным размерам наностержней достигается плавное непрерывное изменение коэффициента преломления, что максимально увеличивает захват лучей света по всему спектру длин волн, а также сводит к минимуму эффект отражения. Теперь, как считают исследователи, наступило время перехода от научных исследований к практическому применению полученных результатов и разработке простого способа нанесения новых покрытий на солнечные батареи. Если это удастся, то за счет нанесения такого антибликового нанопокрытия эффективность солнечных батарей может быть увеличена в разы. Профессор Ривас при этом считает даже возможным разработать такое покрытие, которое позволит использовать до 99% падающего света.

Учитывая тенденцию развития солнечной электроэнергетики, неуклонное повышение эффективности гелиевых фотопреобразователей, ученые сделали достаточно оптимистический прогноз использования энергии Солнца. По этому прогнозу в 2050 году 27% всего вырабатываемого на планете электричества будет генерироваться именно солнечными электростанциями.

solarb.ru

Прозрачная солнечная пленка превратит окна в солнечные батареи

Окна впускают в дом свет, а вместе с ним и солнечное тепло. Существует множество технологий пассивного регулирования света из окон с целью уменьшения или увеличения количества поступающего тепла. А ведь это тепло, по сути – энергия, которую теоретически можно преобразовать в электричество. Ученые из Министерства энергетики США разработали прозрачную солнечную пленку, которая позволит превратить окна в экологичные генераторы электроэнергии.

Понятно, что для максимально эффективного использования солнечной энергии коллекторы должны располагаться в местах непосредственного контакта с солнечными лучами. До сих пор таковыми считались только крыши домов. Новая разработка позволит расширить применение солнечных технологий еще и на поверхности окон.

Совместная разработка ученых Брукхэвенской национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории представляет собой прозрачную тонкую пленку, способную поглощать свет и генерировать электрический заряд. Материал, описанный в журнале «Chemistry of Materials», можно было бы использовать для создания прозрачных панелей солнечных батарей или даже окон, поглощающих солнечную энергию и вырабатывающих электричество.

Новый материал состоит из полупроводниковых полимеров с добавлением фуллеренов – молекул, состоящих из шести атомов углерода. При точном соблюдении условий технологического процесса материал самостоятельно структурируется, создавая на относительно большой (в несколько миллиметров) площади повторяющийся узор из шестигранных ячеек микронного размера (структура, изначально свойственная фуллеренам).

«Такие тонкие сотовые пленки уже создавались из обычных полимеров вроде полистирола, но наш материал впервые сочетает в себе полупроводники и фуллерены, что дает ему возможность поглощать свет, а также эффективно генерировать и разделять электрические заряды», – заметил Мирче Котлет, физхимик из Брукхэвенского Центра функциональных наноматериалов (CFN).Кроме того, материал остается практически прозрачным, поскольку при добавлении фуллеренов полимерные цепи выстраиваются по краю микронных шестиугольников, а в центре их слой остается неплотным и очень тонким. Как пояснил Котлет, более плотные края шестиугольников усиленно поглощают свет и могут способствовать проведению электричества, в то время как их центральная часть относительно прозрачна, а потому поглощает очень мало света.

«Сочетание этих особенностей при достижении крупномасштабного структурирования сделает возможным практическое применение технологии, например, для создания энергогенерирующих солнечных окон, прозрачных панелей солнечных батарей или новых видов дисплеев», – заявил Чжихуа Сюй, ученый-материаловед из CFN.Для получения солнечной сотовой пленки ученые пропустили сквозь тонкий слой смешанного раствора полимера и фуллерена поток крошечных (микронных) капель воды. В растворе полимера эти капли воды самоорганизовались в большие матрицы. После полного испарения растворителя полимер принял форму гексагональной сотовой решетки достаточно большой площади. По утверждениям разработчиков, этот метод достаточно эффективен для того, чтобы применяться не только в лабораторных условиях, но и в масштабах промышленного производства.

Ученые проверили равномерность сотовой структуры при помощи различных методов сканирования и электронной микроскопии, а также протестировали оптические свойства и эффективность формирования заряда на разных частях сотовой структуры (по краям, в центре ячеек, в местах пересечения отдельных ячеек) с помощью регулируемой во времени софокусной флуоресцентной микроскопии.Оказалось, что степень уплотнения полимера определяется скоростью испарения растворителя, что, в свою очередь, влияет на скорость переноса заряда сквозь материал. Чем медленнее испаряется растворитель, тем плотнее располагается полимер, и тем лучше переносится заряд.

«Наша работа позволила глубже понять оптические свойства сотовой структуры. Следующий шаг – использование этих тонких сотовых пленок для изготовления прозрачных, гибких и экологически чистых солнечных элементов и других устройств», – заключил Мирче Котлет.

Источник

Прозрачные фотоэлементы | Блог SolarSoul

Результатом продолжительных научных исследований в Университете штата Мичиган (США) стало изобретение полностью прозрачного концентратора солнечной радиации, с помощью которого можно превратить простое окно или любую другую стеклянную панель в солнечную батарею.

прозрачный концентратор солнечной энергии

Аналогичный трюк можно провернуть и с экраном любого портативного гаджета, например, смартфона или планшета. Прозрачные фотоэлементы сулят прекрасные возможности производителям таких устройств, так как позволит подзаряжать гаджет просто положив его на освещенную солнцем поверхность.

Ричард Лант, руководитель проекта, заявил, что он и его команда очень довольны результатом проделанной работы. По его словам прозрачные концентраторы «могут иметь огромное количество возможностей использования, от небоскребов с множеством окон до мобильных гаджетов, которым необходимо высочайшее качество сборки, например, планшет или смартфон».

Принцип работы «прозрачного фотоэлемента»

С научной точки зрения термин «прозрачная солнечная батарея» — оксюморон, так как в основе принципа работы фотовольтаических ячеек лежит поглощение солнечной радиации и превращение её в электроэнергию. Если же материал можно назвать прозрачным — это значит что всё или по крайней мере большая часть солнечного излучения проходит сквозь него беспрепятственно. Непосредственно солнечные батареи не могут быть абсолютно прозрачными в принципе. Существуют исследовательские прототипы полупрозрачных фотоэлектрических элементов, но их прозрачность менее 70% и они искажают проходящий через них спектр света.

Чтобы не упереться в уже известную проблему с прозрачностью, исследователи из Мичиганского Университета решили пойти совершенно другим путем. Вместо того, чтобы пытаться создать прозрачные фотоэлементы, ученые изобрели прозрачный концентратор, принцип действия которого просто, как и все гениальное. TLSC (transparent luminescent solar concentrator) концентратор изготовлен из специальных органических солей, которые поглощают часть спектра, невидимую человеку, а затем излучают эту энергию в инфракрасном диапазоне через кромки панели. На кромках излучение поглощается фотоэлектрическим элементом, чувствительным к инфракрасному диапазону, который, собственно, и вырабатывает электрический ток.

принцип действия прозрачного концентратора

Исследователи также подтвердили, что данная технология легко масштабируется в широких пределах — от огромных промышленных объектов до портативных потребительских устройств. На данном этапе эффективность технологии находится на уровне 1%, но по заявлениям ученых, в скором времени КПД ячеек достигнет 5%. Для сравнения, эффективность полупрозрачных фотоэлектрических элементов, работающих по традиционной схеме, достигает всего около 7%.

Материал представлен сайтом http://unisolar.com.ua

Поделиться "Прозрачные фотоэлементы превратят окна в солнечные батареи"

Самые эффективные солнечные батареи: многослойные ячейки, перовскит

В последнее время солнечная энергетика развивается столь бурными темпами, что за 10 лет доля солнечного электричества в мировой годовой выработке электроэнергии увеличилась с 0.02% в 2006 году до почти одного процента в 2016 году.

Dam Solar Park - самая большая СЭС в мире. Мощность 850 мегаватт. Снимок NASA

Основным материалом для солнечных электростанций является кремний, запасы которого на Земле практически неистощимы. Одна беда – эффективность кремниевых солнечных батарей оставляет желать лучшего. Самые эффективные солнечные батареи имеют коэффициент полезного действия, не превышающий 23%. А средний показатель эффективности колеблется от 16% до 18%. Поэтому исследователи всего мира, занятые в области солнечной фотовольтаики, работают на тем, чтобы освободить солнечные фотопреобразователи от имиджа поставщика дорогого электричества.

Развернулась настоящая борьба за создание солнечной суперячейки. Основные критерии – высокая эффективность и низкая стоимость. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) в США даже выпускает периодически бюллетень, в котором отражаются промежуточные результаты этой борьбы. И в каждом выпуске показываются победители и проигравшие, аутсайдеры и выскочки, случайно ввязавшиеся в эту гонку.

Лидер: солнечная многослойная ячейка

Эти гелиевые преобразователи напоминают сэндвич из разных материалов, в том числе из перовскита, кремния и тонких пленок. При этом каждый слой поглощает свет только определенной длины волны. В результате эти при равной площади рабочей поверхности многослойные гелиевые ячейки вырабатывают значительно больше энергии, чем другие.

Рекордное значение эффективности многослойных фотопреобразователей было достигнуто в конце 2014 года совместной немецко-французской группой исследователей под руководством доктора Франка Димрота во Фраунгоферовском институте систем солнечной энергии. Была достигнута эффективность в 46%. Такое фантастическое значение эффективности было подтверждено независимым исследованием в NMIJ/AIST - крупнейшем метрологическом центре Японии.

Многослойная ячейка Многослойная солнечная ячейка. Эффективность – 46%

Эти ячейки состоят из четырех слоев и линзы, которая концентрирует на них солнечный свет. К недостаткам следует отнести наличие в структуре субстрата германия, который несколько увеличивает стоимость солнечного модуля. Но все недостатки многослойных ячеек в конечном счете устранимы, и исследователи уверены, что в самом ближайшем будущем их разработка выйдет из стен лабораторий в большой мир.

Новичок года - перовскит

Совершенно неожиданно в гонку лидеров вмешался новичок – перовскит. Перовскит – это общее название всех материалов, имеющих определенную кубическую структуру кристаллов. Хотя перовскиты известны давно, исследование солнечных ячеек, изготовленных из этих материалов, началось только в период с 2006 по 2008 годы. Первоначальные результаты были разочаровывающими: эффективность перовскитных фотопреобразователей не превышала 2%. При этом расчеты показывали, что этот показатель может быть на порядок выше. И действительно, после ряда успешных экспериментов корейские исследователи в марте 2016 года получили подтвержденную эффективность 22%, что само по себе уже стало сенсацией.

Перовскитный солнечный элемент

Преимуществом перовскитных элементов является то, что с ними более удобно работать, их легче производить, чем аналогичные кремниевые элементы. При массовом производстве перовскитных фотопреобразователей цена одного ватта электроэнергии могла бы достигнуть $0.10. Но специалисты считают, что до тех пор, пока перовскитные гелиевые ячейки достигнут максимальной эффективности и начнут выпускаться в промышленном количестве, стоимость «кремниевого» ватта электричества может быть существенно снижена и достигнуть того же уровня в $0.10.

Экспериментально: квантовые точки и органические солнечные ячейки

Эта разновидность солнечных фотопреобразователей пока находится на ранней стадии развития и пока не может рассматриваться как серьезный конкурент существующим гелиевым ячейкам. Тем не менее разработчик – Университет Торонто – утверждает, что согласно теоретическим расчетам, эффективность солнечных батарей на базе наночастиц – квантовых точек ‒ будет выше 40%. Суть изобретения канадских ученых состоит в том, что наночастицы – квантовые точки ‒ могут поглощать свет в различных диапазонах спектра. Изменяя размеры этих квантовых точек, можно будет выбрать оптимальный диапазон работы фотопреобразователя.

Солнечная ячейка на базе квантовых точек

А учитывая, что этот нанослой может наноситься методом распыления на любую, в том числе и прозрачную основу, то в практическом применении этого открытия просматриваются многообещающие перспективы. И хотя на сегодняшний день в лабораториях при работе с квантовыми точками достигнут показатель эффективности, равный всего11.5%, сомнений в перспективности этого направления нет ни у кого. И работы продолжаются.

Solar Window – новые солнечные ячейки с эффективностью 50%

Компания Solar Window из штата Мэриленд (США) представила революционную технологию «солнечного стекла», которая в корне меняет традиционные представления о солнечных батареях.

Ранее уже были сообщения о прозрачных гелиевых технологиях, а также о том, что эта компания обещает увеличить в разы эффективность солнечных модулей. И, как показали последние события, это были не просто обещания, а эффективность 50% - уже не только теоретические изыски исследователей компании. В то время как другие производители только выходят на рынок с более скромными результатами, Solar Window уже представила свои поистине революционные высокотехнологичные разработки в области гелиевой фотовольтаики.

Эти разработки открывают дорогу к выпуску прозрачных солнечных батарей, имеющих значительно более высокую эффективность по сравнению с традиционными. Но это не единственный плюс новых солнечных модулей из Мэриленда. Новые гелиевые элементы могут легко крепиться к любым прозрачным поверхностям (например, к окнам), могут работать в тени или при искусственном освещении. Благодаря своей дешевизне инвестиции в оснащение здания такими модулями могут окупиться в течение года. Для сравнения следует отметить, что срок окупаемости традиционных солнечных батарей колеблется от пяти до десяти лет, а это – огромная разница.

Солнечные ячейки от компании Solar Window

Компания Solar Window озвучила некоторые детали новой технологии получения солнечных батарей, имеющих столь высокую эффективность. Разумеется, главные know how остались за скобками. Все гелиевые элементы изготовлены, в основном, из органического материала. Слои элементов состоят из прозрачных проводников, углерода, водорода, азота и кислорода. По данным компании, производство этих солнечных модулей настолько безвредно, что оно оказывает в 12 раз меньшее воздействие на окружающую среду, чем производство традиционных гелиевых модулей. В течение ближайших 28 месяцев первые прозрачные солнечные батареи будут установлены в некоторых зданиях, школах, офисах, а также в небоскребах.

Если говорить о перспективах развития гелиевой фотовольтаики, то очень похоже, что традиционные кремниевые солнечные батареи могут отойти в прошлое, уступив место высокоэффективным, легким, многофункциональным элементам, открывающим самые широкие горизонты гелиевой энергетике.

solarb.ru

Прозрачные солнечные батареи от Ubiquitous Energy

Эффективные прозрачные солнечные панели Представьте себе мир, где любая поверхность может быть покрыта солнечными батареями, превращающими солнечный и даже искусственный свет в электроэнергию. Именно это является целью нового проекта под названием Ubiquitous Energy.

Компания надеется разработать доступные, прозрачные покрытия и пленки, которые могли бы собирать энергию света, будучи размещенными на окнах или мониторах портативных устройств. Одним из возможных вариантов использования этой технологии может стать производство электрохромных окон, которые меняют степень отражения в зависимости от яркости источника света.

Секрет технологии заключается в том, как фотоэлектрические компоненты взаимодействуют со светом: они собирают электромагнитные волны в ультрафиолетовой и инфракрасной части спектра, но позволяют видимому свету проходить насквозь. Для сравнения, обычные солнечные батареи собирают свет в ультрафиолетовом и видимом диапазоне, а значит, не могут быть полностью прозрачными.

«Этот подход, безусловно, будет интересным, если стоимость таких батарей будет снижена, а стабильность материалов увеличена», говорит Zhenan Bao, профессор химической инженерии в Стэнфордском Университете (Stanford University), которая не связана с проектом. Она добавляет, что собирая инфракрасный и ультрафиолетовый свет, технология фильтрует неблагоприятные для людей части спектра.

Miles Barr, президент и главный директор по технологиям Ubiquitous Energy, говорит, что прозрачные солнечные батареи сделаны из разных органических слоев, нанесенных одновременно на поверхность стекла или пленки. Этот процесс может быть легко интегрирован в тонкопленочные системы напыления, уже существующую в промышленных процессах технологию. Многие современные окна, например, имеют что-то наподобие покрытия для солнечного контроля или изоляции. Компания хочет работать по тому же принципу. Ubiquitous Energy, которая была выделена из лаборатории профессора электроинженерии в МТИ (MIT) Vladimir Bulović, пока еще не объявила о планах производства и ценообразования.

Статья, напечатанная в Applied Physics Letters в 2011 году, описывала спектрально-селективный подход компании: прототипы, сделанные из органических материалов, имели менее 2% эффективности и около 70% визуальной прозрачности. (Обычные окна требуют прозрачность в районе 55-90%, в то время как мобильные электронные дисплеи – 80-90%). Barr говорит, что его команда повысила как эффективность, так и прозрачность.

В то время как компания все еще находится на стадии исследований и разработок, ученые изучают разные материалы и конструкции для будущих продуктов. «Мы готовим каталог конструкций и ингредиентов для высокоэффективных устройств, которые могли бы подзаряжать мобильные приборы или компенсировать энергию для зданий», говорит Miles. «Как только вы преодолеваете 10% порог эффективности, открывается множество перспектив применения». Компания надеется достичь эффективности более 10% в «видимой прозрачности».

Есть и другие прозрачные солнечные батареи, но многие из них все еще собирают свет в видимом диапазоне и, следовательно, не имеют потенциала для подхода, когда видимый свет игнорируется. Эти материалы достигают полупрозрачности при редком нанесении на поверхность или когда фотоэлектрические устройства настолько тонкие, что позволяют свету проходить насквозь.

«Существующие фотоэлектрические технологии широко используют видимый ультрафиолетовый диапазон, но не используют инфракрасный», говорит Shenqiang Ren, профессор химии в Университете Канзаса (University of Kansas), который не является членом компании. «В солнечной радиации, есть около 45% лучистой энергии от инфракрасного света».

Компания Ubiquitous Energy ведет разработки по повышению эффективности в двух направлениях. Первый заключается в оптимизации дизайна полупроводниковых материалов. Существующие материалы включают молекулярные красители, которые имеют селективные пики поглощения в ультрафиолетовом и близком к инфракрасному спектру; Barr говорит, что компания разрабатывает материалы, которые поглощают больше энергии в инфракрасном диапазоне. Второй включает наномасштабную инженерию и настройки оптических помех внутри устройства для улучшения поглощения света – методы, используемые для повышения эффективности солнечных элементов непрозрачности. «Есть много возможностей, которые можно использовать для повышения производительности», говорит он.

Эффективные прозрачные солнечные панели