Солнечные батареи новые технологии. Новые солнечные панели стали в два раза эффективнее традиционных - экотехника

Экология потребления.Наука и техника:Швейцарские физики продемонстрировали работу нового поколения солнечных батарей, обладающих рекордно высоким КПД и при этом остающихся достаточно дешевыми по сравнению с обычными фотоэлементами.

Швейцарские физики продемонстрировали работу нового поколения солнечных батарей, обладающих рекордно высоким КПД и при этом остающихся достаточно дешевыми по сравнению с обычными фотоэлементами.

Пленки из аналога необычного природного минерала помогли физикам из Швейцарии создать новый вид дешевых солнечных батарей, преобразующих рекордные 20% энергии солнечного света в электричество, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«Лучшие прототипы солнечных батарей на перовскитах используют особые материалы, которые очень сложно изготовлять и очищать. Их минимальная стоимость составляет около 300 евро за грамм вещества, что делает невозможным их коммерческое использование. Для сравнения, наше вещество, FDT, легко изготовлять и оно в пять раз дешевле, и при этом обладает теми же качествами», - заявил Мохаммад Назируддин (Mohammad Nazeeruddin) из Федеральной политехнической школы Швейцарии в Лозанне (EPFL).

В последние годы ученые создали несколько экзотических материалов, позволяющих увеличить эффективность солнечных батарей в несколько раз. В частности, внимание физиков все больше привлекает минерал перовскит и его синтетические аналоги, тонкие пленки которого являются полупроводниками, хорошо преобразующими энергию света в электричество.

Большинство свето-поглощающих материалов обладают симметричной кристаллической структурой, что и позволяет электронам свободно течь в разные стороны. Перовскит имеет кубическую кристаллическую решетку, образованную атомами одного металла. Внутри каждого куба находится восьмигранник, образованный атомами кислорода, внутри которого «сидит» атом другого металла.

Взаимодействие между этими атомами заставляет электроны течь в едином направлении, благодаря чему солнечные батареи на базе перовскита обладают крайне высоким КПД, около 12-15%. Назируддин и его коллеги смогли достичь еще более высокого уровня эффективности, не повышая стоимости батареи, создав вещество FDT.

Оно относится к категории так называемых «переносчиков дырок» – особых субстанций, помогающих удалять положительные заряды, так называемые «дырки», из пленки перовскита после того, как в нее попадают частицы света и «выбивают» из нее электроны. По своей химической структуре FDT представляет собой небольшую молекулу ароматического углеводорода, похожую по форме на бабочку с крупными крыльями.

Кончики крыльев этой «бабочки» цепляются за поверхность пленки из перовскита, а ее нижняя часть взаимодействует с атомами йода, служащими источником «дырок» и электронов, и заставляют их быстрее возвращаться в рабочее положение после того, как свет выбьет очередной электрон из кристалла перовскита.

Благодаря ее необычным свойствам, солнечная батарея, покрытая тонким слоем FDT, способна достичь рекордного на сегодняшний день показателя КПД – свыше 20,2%, что чуть выше, чем у солнечных батарей на базе более дорогих «переносчиков дырок». Как надеются ученые, их открытие приблизит нас к появлению действительно эффективных «зеленых» источников энергии. опубликовано

На сегодняшний день из всех известных человечеству источников альтернативной энергии наиболее популярными являются солнечные панели, батареи и прочие генераторы на основе гелиоэнергии. Учитывая текущую стоимость расходов на энергоресурсы, многие интересуются, где приобрести солнечные панели для своего дома, каковы цены на них и есть ли готовые решения. И поскольку рост курса валюты прямо отражается на платежной способности населения, все больше граждан стремятся узнать побольше о панелях российского производства.

Что такое солнечные панели и как их используют для дома

Несмотря на то что данному виду энергоснабжения домов уже более 30 лет, не так много специалистов в этой области. Почему использование солнечных панелей для частного дома так выгодно? Ответ прост: платить надо только за оборудование и установку, впоследствии энергоноситель бесплатен! В таких странах, как КНР, Соединенные Штаты, Франция, Италия и Германия, до 30 % населения устанавливает на крышу батареи, чтобы пользоваться миллиардами неиссякаемых киловатт солнечной энергии. Если это бесплатно, в чем секрет?

Принцип работы батареи следующий: представим себе полупроводники из кристаллов (например, из кремния), которые преобразовывают кванты света в составляющие электрического тока. Панель содержит сотни тысяч таких кристаллов. В зависимости от требуемой мощности площадь такого покрытия составляет от пары квадратных сантиметров (вспомним калькулятор) до сотен квадратных метров – например, для орбитальных станций.

Несмотря на кажущуюся простоту устройств, их использование на территории России очень ограничено – климатом, погодой, временем года и суток. Плюс к тому, чтобы система подавала ток в сеть, необходимо приобрести:

• аккумулятор, который будет накапливать энергию на случай перепадов напряжения;
• инвертор, который будет переводить постоянный ток в переменный;
• систему, контролирующую заряд аккумулятора.

Кратко о потреблении

Среднестатистическая семья из 4 человек потребляет 250–300 кВт в месяц. Солнечные модули для бытового пользования дают в среднем 100 Вт с 1 кв. м в сутки (в ясную погоду). Для того чтобы питать полностью дом, нужно установить минимум 30, в идеале 40 секций, что обойдется не менее чем в 10 000 у. е. При этом крыша должна быть ориентирована на южную сторону, а количество солнечных дней в месяц в среднем не должно быть не меньше 18–20. Ниже приведена карта солнечных дней.

Вывод: солнечные панели хороши в качестве резервного источника электрической энергии. Кроме того, нужно знать, как их подобрать, чтобы мощности хватало для обеспечения бытовых нужд. Зато, вне зависимости от аварий, ваш дом всегда будет снабжен электричеством.

1. Панели от ЗАО «Телеком-СТВ»

Российская компания «Телеком-СТВ» (г. Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30 % дешевле, чем немецкие аналоги: цены начинаются от 5 600 руб. за панели на 100 Вт. Панели данного производителя имеют КПД до 20–21 %. Основной «фишкой» данного предприятия стала запатентованная технология изготовления кремниевых пластин диаметром до 15 мм и солнечных модулей на их основе.

Какую батарею от ЗАО «Телеком-СТВ» можно посмотреть? Наиболее популярная модель носит название ТСМ, далее идет маркировка в зависимости от мощности: от 15 до 230 Вт (цена указана приблизительно).

Основной тип производимых панелей – монокристаллические, хотя каждая модель также может быть представлена в виде мульти (поли-) кристаллической. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки (см. таблицу).

Выбор, конечно, ограничивается возможностями бюджета, поэтому продолжим обзор других недорогих и надежных устройств от российских производителей.

2. Hevel – завод в Чувашии

Одним из крупнейших производителей солнечных панелей в России является компания «Хевел» . В 2017 году компания провела модернизацию производства и перешла с тонкопленочной на новую гетероструктурную технологию изготовления солнечных модулей. Модули нового поколения сочетают в себе преимущества тонкопленочной и кристаллической технологий, обеспечивают эффективную работу модуля при высоких и низких температурах (от -50 °С до +85°С), а также в условиях рассеянного света. Средний КПД солнечного модуля составляет 20%. По этому показателю модули ГК «Хевел» входят в мировую тройку лидеров. Срок службы модуля составляет не менее 25 лет.

Какую батарею от Hevel можно посмотреть для примера? Вот таблица с параметрами наиболее популярного гетероструктурного модуля:

3. Рязанский ЗМКП

Рязанский завод металлокерамических приборов функционирует с 1963 года, однако с 2002 года перешел на систему международного контроля качества ISO 9001 и выпускает панели строго в соответствии с ее требованиями, а также с нормами ГОСТ 12.2.007-75.

В прейскуранте компании можно найти две актуальные модели RZMP мощностью 130 и 220 Вт. Их КПД варьируется от 12 до 17,1 %. Наносятся солнечные элементы на окрашенную алюминиевую основу методом последовательного соединения. Вот их сравнительные характеристики:

RZMP 130-Т подходит для автономного снабжения отдельных помещений, бытовых приборов (например, нагревательный котел). Более мощная модель, от 220 до 240 Вт, покупается чаще для резервного снабжения всего дома. Ее стоимость варьируется от 13 200 до 14 400 руб. за модуль.

4. Краснодарский «Сатурн»

Панели кубанского производства выпускаются с 1971 года, за этот период предприятие выпустило более 20 000 квадратных метров продукции. «Сатурн» использует две собственно освоенных технологии производства – на основе монокристаллического выращенного кремния или арсенид-галлиевые с германиевой подложкой. Последние показывают максимально высокие характеристики и используются для снабжения ответственных объектов (АЗС, предприятия непрерывного цикла и т. д.)

Оба типа модулей можно выполнить на любом каркасе, от сетки и пленки до металлических (из анодированного алюминия) и струнных типов. Фотоэлектрические преобразователи могут быть:

• с полированной поверхностью;
• со встроенными диодами;
• с алюминиевым зеркалом.

Вот основные энергетические характеристики ФЭП «Сатурн», в зависимости от типа:

Эти характеристики актуальны для носителей любых размеров: на предприятии «Сатурн» можно заказать как сборные модули на крышу коттеджа, так и миниатюрные солнечные панели для датчиков, преобразователей, изделий электротехники, а также аккумуляторные батареи. По прайсам вас сориентируют только в отделе продаж.

5. «Солнечный ветер» (Solar Wind)

Это предприятие расположено в Украине. В России существует аналогичное предприятие, которое выступает скорее в роли инвестора и реализатора. Solar Wind выпускает солнечные модули мощностью от 1 до 15 кВт/ч. В зависимости от назначения и мощности в модуль может входить от пары до нескольких десятков батарей. Так, батарея 1 000 Вт включает 5 модулей, один контроллер заряда на 30 А, аккумулятор 150 А/ч (2 шт. в наборе) и инвертор 1 200 В. Срок службы батареи составляет до 18 лет.

Совет: если вы покупаете оборудование Solar Wind для круглогодичного обеспечения жилого дома энергией, стоит брать не менее 10 кВт/ч.

Чтобы получить представление о возможностях фотоэлектрических систем «Солнечный ветер» (Украина) мощностью от 1 000 до 15 000 Вт, предлагаем сравнительную таблицу из расчета на 1 день потребления.

6. Солнечные батареи «Квант»

НПП «Квант» первым предложило производство кремниевых солнечных батарей с 2-сторонней чувствительностью, а также монокристаллы арсенида галлия. Наиболее популярной моделью сегодня выступает «Квант КСМ» и ее модификация КСМ-180П. Стоимость такой батареи не превышает 18 000 руб., срок службы достигает 40 лет.

Однако приведем характеристики всех модулей. Их можно заказать как в моно-, так и в поликристалической вариации. Удельная энергетическая характеристика выше у монокристаллических панелей и достигает 200 Вт/кв.м. По сравнению с зарубежными аналогами «Квант» оптимален за счет низкой цены и относительно небольшого уменьшения КПД на протяжении всего срока службы.

7. Sun Power – портативные солнечные панели

Компания Sun Power расположена в Украине и большей частью прославилась выпускаемыми перевозными солнечными комплексами. С их помощью можно получить электричество даже в походных условиях. Эти комплексы отличаются своей мобильностью, небольшими размерами и портативностью. Имеют выход USB и обладают мощностью до 500 Вт.

Другие характеристики портативных панелей Sun Power:

• срок службы – до 30 лет;
• имеет международную сертификацию CE RoHC;
• новое поколение панелей может быть также интегрировано в фасад или крышу без потери эстетики.

Удобно использовать подобные решения в автономном освещении билбордов, дорог и участков, питании кемпингов и трейлеров, яхт и катеров.

8. «Квазар» – еще один украинский производитель

Компания «Квазар» выпускает широкий ассортимент фотовольтаического оборудования, в том числе солнечные панели и зарядные устройства. Солнечные батареи Kvazar изготавливаются из кремниевых кристаллов, выращенных на предприятии, и имеют усиленную алюминиевую базу. Гарантия качества, которая выдается производителем, немного настораживает – всего 10 лет. Однако электролюминесцентные и другие лабораторные тестирования подтверждают более длительный срок службы – до 25 лет.

Наш выбор: панели — KV175-200/24 M (монокристаллические), KV220-255M (также моно), KV210-240Р (вариант поли), в маркировке цифры указывают на мощность устройства.

Цена батарей – от 13 000 руб. (приблизительно) за 150 Вт. Кроме гелиопанелей «Квазар» выпускает фотоэлектрические преобразователи ячейками от 4 × 4 до 6 × 6 дюймов с КПД до 18,7 %.

9. ООО «Витасвет»

Московское предприятие ООО «Витасвет» выпускает одну базовую модель SSI-LS200 P3 в четырех вариациях мощности: от 225 до 240 Вт. Каждый модуль состоит из 60 кремниевых пластин типа мультикристалл и крепится на алюминиевый профиль.

Вот их основные параметры, полученные при испытаниях в нормальных условиях 800 Вт/кв.м:

Стоимость – 12 800 руб. за панель мощностью 240 Вт.

10. Завод «Термотрон» (г. Брянск)

Предприятие «Термотрон» производит автономные системы уличного освещения на солнечных батареях и мини-автономные солнечные станции. Первые поставляются на базе серийных модулей с высокой столбовой опорой.

Особенности автономных систем уличного освещения от «Термотрона»:

• температурный диапазон эксплуатации – -40…+50 °C;
• угол раскрытия луча – 135 на 90 градусов;
• гарантированный срок работы – 12 лет в городских условиях;
• высота опоры – от 6 до 11 м;
• мощность – от 30 до 160 Вт.

Автономная станция «Экотерм», выпускаемая заводом, будет интересна владельцам загородных домов и участков. Ее применяют также на фермах, телефонных станциях, для оснащения сельских школ, больниц, магазинов. Станция работает от дизель-генератора 14,5 кВт. Цена вырабатываемой энергии при количестве 18 фотоперерабатывающих элементов – 5,12 руб./кВт, срок окупаемости – до 5 лет (цену станции уточнять у производителя).

Заключение

Мы провели обзор нескольких ведущих предприятий так называемой фотоэнергетики России и Украины, который, надеемся, даст первичное представление о целесообразности применения солнечных батарей и позволит принять верное решение. Это не все бренды, однако наиболее популярные и доступные в продаже таковы.

(Пока оценок нет)

Мир уверенно движется к революции в энергосберегающих технологиях. Одно из последних достижений в этой области принадлежит Международной исследовательской группе, которую образовал Университет Техаса в Далласе и Московский институт стали и сплавов (МИСиС). Ученые разработали метод создания солнечной батареи на базе перовскита. В отличие от традиционных аналогов, которые основаны на кремнии, эффективность новинки намного выше. При этом себестоимость солнечной батареи будущего снижается. Исследователи уверены, что пластичные, легкие, доступные по цене устройства из перовскита со временем найдут широкое применение, будут востребованы и полностью вытеснят устаревшие кремневые аналоги.

Анализ кремниевых солнечных батарей начали еще в двадцатом столетии.

Существующая технология имеет ряд недостатков. Это токсичность и энергоемкость производства кремния. Поэтому процесс и получается дорогостоящим. А еще кремний отличается ненадежностью, недостаточной пластичностью и большим весом панелей. Поэтому сфера применения этого химического элемента слишком узкая. За прогнозами ученых, решить все эти проблемы сможет металло-органический перовскит.

Новое исследование позволило плодотворно поработать над прототипом тандемного устройства, которое состоит из углеродных нанотрубок и фотоэлектрических составляющих. Эта разработка предусматривает сочетание частей из перовскита и традиционного кремния. Установка эффективно преобразует доступные ультрафиолетовые лучи в электричество и повышает коэффициент полезного действия батареи на 15%.

— Основное достоинство гибридного перовскита – это легкость его добывания из стандартных источников: органических химсоединений промышленного образца и солей металлов. В то время как высокоэффективные полупроводниковые аналоги в виде солнечных батарей, основанные на арсенидегаллия и кремнии, получают из нераспространенных и дорогостоящих элементов, — было отмечено руководителем проекта, ведущим экспертом университета МИСиС и профессором Анваром Захидовым.

Также немаловажный фактор заключается в том, что основы на перовските при печати фотоэлектроникине ограничиваются печатью на стекле. Это существенно удешевляет батареи нового образца по сравнению с более сложными способами создания составляющих из тонкой пленки. Данные составляющие из перовскита имеют активные ярусы. Они без проблем наносятся даже на самые пластичные и тонкие подложки. А современная рулонная методика делает возможным размещение солнечных батарей на поверхности всевозможной кривизны. Учитывая все эти преимущества, сфера применения инновационных батарей расширяется и выходит далеко за рамки использования традиционных кремниевых аналогов. Разработка может снабжать природной энергией портативную электронную и бытовую технику, реализоваться в проекте «Умный дом» и т.д. Батареи на базе перовскита гарантируют бесперебойную подачу электрической энергии в жилье. Также инновация подходит для автомобильной промышленности.

Солнце способно гореть миллионы лет, вырабатывая колоссальное количество тепловой и световой энергии. Не воспользоваться этим даром небес было бы откровенно глупо, а променять солнечные батареи на атомные электростанции - глупо вдвойне. Понимая это, ученые планеты Земля занялись разработкой солнечных батарей: покрытия и системы, которая смогла бы улавливать тепловую и практически бесконечную энергию Солнца и аккумулировать ее в батареях. Солнечные батареи существуют и успешно работают в различных механизмах, однако грубая электроэнергия, появившаяся еще со времен Теслы, пока применяется в первую очередь. Впрочем, экологически чистые дома нового поколения уже оснащаются покрытием из солнечных батарей, дабы не тратить лишнюю электроэнергию, а возможно и за неимением ее.

С чем вы ассоциируете слово «робот»? Скорее всего, читая это слово многие люди представляют себе голливудского терминатора, но реальность сильно отличается от фантазий. В последние годы инженеры особенно интересуются созданием роботизированных насекомых, которые благодаря своим небольшим размерам и маневренности способны незаметно летать и проводить разведку территорий. У них есть большой минус - из-за необходимости сохранить компактность и легкость, разработчики не могут оснастить их тяжелой батареей, поэтому их приходится соединять проводами к внешнему источнику питания. Кажется, эта проблема наконец-то решена.

Установленная в Австралии гигантская система хранения энергии уже помогла жителям регионов, испытывающих перебои с электроснабжением, пережить пару сложных ситуаций и сэкономила местному правительству миллионы долларов буквально в первые дни своего запуска. Теперь же компания

На конференции Solar Power International (SPI) 2017 в Лас-Вегасе, главной темой которой является и технологии для ее производства, было представлено большое количество новейших разработок в этой области. На мероприятии побывал журналист Electrek John Fitzgerald Weaver и поделился своими впечатлениями об увиденном:

«Естественно, наибольшее внимание привлекли высокоэффективные и двусторонние батареи , но были также и другие решения, оцененные по достоинству за инновационный подход, о которых стоит упомянуть. Среди них и половинчатые панели, и солнечная черепица, и защитные покрытия, однако обо всём по порядку.

И первой на очереди выступает кровельная плитка Hantiles от Hanergy. По своему внешнему виду Hantiles – это черепица, но не простая, а со встроенными фотоэлементами. Процесс производства продукта заключается в размещении тонких и гибких солнечных батарей в капсулах из прозрачного стекла, по форме повторяющих черепицу. По заявлениям компании, коэффициент эффективности на первом этапе производства составляет 16.5%, а к концу год его намерены увеличить до 17.5%. И если после всех тестов Hantiles одобрят для использования в качестве строительного материала, ими наверняка воспользуются множество людей.

Далее речь пойдёт о шинопроводах. В случае с солнечными батареями они представляют собой вертикальные металлические струны, расположенные на передней части панели. Как и с другими типами шин, этот также используется для передачи электричества. Удивительно, но в области солнечной энергии их активно используют для увеличения эффективности, постоянно увеличивая количество шин на один элемент. Всё потому, что круглое сечение тонкой проволоки пропускает больше света, чем широкая и плоская полоса. К примеру, модель на четыре шины на 0.76% более производительна, чем на три, а пять шин эффективнее четырёх на 1.13% и так далее. Среди представленных вариантов больше всех выделился LG Neon, где их двенадцать.

Следующим интересным решением стали половинчатые фотоэлементы. Да, именно это сегодня считается инновацией. Немного выше мы уже узнали, что КПД батареи можно увеличить за счет шинопроводов более чем на 1%, так вот половинчатые панели на четыре шины эффективнее полноразмерных панелей с тремя шинами на 3.59%. На фото ниже представлены такие солнечные батареи производства Hanwha-Q Cells.

Ну а последним по порядку, но не по значимости нововведением стали солнечные панели с защитным покрытием. Со временем все вещи на открытом воздухе покрываются грязью, которую надо счищать, а в пыльных регионах производительность солнечных батарей из-за грязного налета может снизиться на 10% и более. Поэтому компания DSM предложила интересное решение в виде фотоэлементов с защитным покрытием. Конструкция обещает повысить общую эффективность панелей на 3% благодаря наличию двух слоёв, один из которых защищает от загрязнений, а второй является антибликовым».