Oamenii de știință de la MISiS au dezvoltat o baterie solară flexibilă de trei ori mai ieftină decât panourile de siliciu

Sursa: http://tass.ru/nauka/3193630

MOSCOVA, 11 aprilie. /TASS/. Oamenii de știință de la Universitatea Tehnologică de Cercetare „MISiS” împreună cu colegii de la Universitatea Texas din Dallas au dezvoltat o baterie solară flexibilă bazată pe un compus metalo-organic, al cărui cost este de cel puțin trei ori mai mic decât panourile de siliciu, a anunțat presa universității. rapoarte de service.

Baterie solară flexibilă dezvoltată de oamenii de știință NUST MISIS

„Un grup de oameni de știință de la NUST MISIS, condus de profesorul Anvar Zahidov, a prezentat o tehnologie pentru crearea unei celule solare cu peliculă subțire bazată pe un compus hibrid metal-organic - perovskit, care permite transformarea energiei radiației solare în energie electrică cu o eficiență mai mare. 15%, cu indicatori planificați de peste 20%... Astăzi Costul estimat pe metru pătrat al panourilor solare perovskite este mai mic de 100 USD, în timp ce cele mai bune panouri de siliciu costă 300 USD pe metru pătrat. În producția de masă, diferența va fi de 4-6 ori”, se arată în raport.

Celulele solare pe bază de siliciu sunt scumpe datorită producției de siliciu de înaltă tehnologie, consumatoare de energie și toxice. În plus, sunt mult mai fragile și mai puțin flexibile în comparație cu cele dezvoltate de oamenii de știință ruși. Particularitatea tehnologiei perovskite este că straturile active ale celulelor solare bazate pe aceasta pot fi depuse din soluții lichide pe substraturi subțiri și flexibile. Acest lucru vă permite să plasați panouri solare pe suprafețe de orice curbură: ferestre translucide „perdele energetice” ale caselor și mașinilor, fațadelor și acoperișurilor clădirilor, electronice de larg consum și multe altele.

„Principalul avantaj al perovskiților hibrizi este ușurința lor de producție din săruri metalice obișnuite și substanțe chimice organice industriale, mai degrabă decât din elementele scumpe și rare utilizate în analogii semiconductori de înaltă eficiență, cum ar fi celulele solare cu arseniură de siliciu și galiu. La fel de important, materialele pe bază de perovskit pot fi folosite pentru a imprima fotoelectronica nu numai pe sticlă, ci și pe alte materiale și suprafețe. Acest lucru face bateriile mult mai ieftine decât cu metode mai complexe de producere a celulelor solare cu peliculă subțire”, a spus Zahidov, citat în raport.

O reducere semnificativă a costului de producere a panourilor solare va ajuta la creșterea ponderii surselor de energie curată și regenerabilă în plăcinta energetică generală.

Oamenii de știință ruși vor dezvolta un nou tip de celule solare din plastic

Sursa: http://tass.ru/ural-news/3174602

EKATERINBURG, 4 aprilie. /TASS/. Oamenii de știință ruși intenționează să dezvolte primele prototipuri ale unei noi generații de celule solare din plastic până în 2018, a raportat corespondentul. Cercetător TASS la Direcția pentru activități de inovare științifică a Universității de Stat din Ural de Sud universitate de stat Oleg Bolşakov. Proiectul este implementat cu sprijin de la Fundația Rusă pentru Știință.

„Împreună cu colegii de la Institutul de Chimie Organică din Moscova, lucrăm la crearea de noi generații de celule solare din plastic subțire de 1,5 ani. Primul lot de material pentru panouri solare este deja gata, va fi testat timp de 2-3 luni într-un laborator special de la Universitatea din Edinburgh din Scoția”, a spus Bolshakov. „Rusia nu are încă laboratoarele certificate necesare, așa că am apelat la specialiști străini. Conform planului, până în 2018 vom lansa primele prototipuri”, a adăugat el.

Potrivit oamenilor de știință, principala caracteristică a noului tip de celule solare este materialul organic fotosensibil. „Astfel de baterii nu vor fi toxice și nici nu necesită cantitate mare materialul fotosensibil este de 1000 de ori mai puțin în comparație cu bateriile din generațiile anterioare, așa că vor fi și cele mai accesibile. Din aceste motive, dezvoltări în această direcție sunt realizate în întreaga lume. Dar nu există încă analogi ale tehnologiei noastre, așa că implementarea proiectului nostru ne va oferi mari avantaje în energia alternativă a viitorului”, a adăugat Bolshakov.

De asemenea, a notat că pe în acest moment specialiştii vor trebui să identifice relaţia statistică dintre structura materialelor şi eficienţă. „Fiecare fotocelulă este caracterizată de doi parametri principali - stabilitate și eficiență energetică. Este necesar să se determine cele mai reușite opțiuni dintre cele pe care le-am trimis la laborator, după care acestea pot fi deja aplicate pe diferite suprafețe. Mai departe munca stiintifica vor fi asociate cu îmbunătățirea materialelor”, a explicat omul de știință.

Lumea se îndreaptă cu încredere către o revoluție în tehnologiile de economisire a energiei. Una dintre cele mai recente realizări în acest domeniu aparține Grupului Internațional de Cercetare, care a fost format de Universitatea Texas din Dallas și Institutul de Oțel și Aliaje din Moscova (MISiS). Oamenii de știință au dezvoltat o metodă pentru crearea unei celule solare bazată pe perovskit. Spre deosebire de analogii tradiționali, care au la bază siliciu, eficiența noului produs este mult mai mare. În același timp, costul bateriei solare a viitorului este redus. Cercetătorii sunt încrezători că dispozitivele perovskite flexibile, ușoare și accesibile vor găsi în cele din urmă o aplicație largă, vor fi solicitate și vor înlocui complet analogii de siliciu învechiți.

Analiza celulelor solare cu siliciu a început în secolul al XX-lea.

Tehnologia existentă are o serie de dezavantaje. Aceasta este toxicitatea și intensitatea energetică a producției de siliciu. Prin urmare, procesul se dovedește a fi costisitor. Siliciul se caracterizează, de asemenea, prin lipsă de încredere, ductilitate insuficientă și greutate mare a panoului. Prin urmare, domeniul de aplicare al acestui element chimic este prea restrâns. Oamenii de știință prevăd că perovskitul metal-organic va fi capabil să rezolve toate aceste probleme.

Noile cercetări au permis lucrări fructuoase la un prototip de dispozitiv tandem care constă din nanotuburi de carbon și componente fotovoltaice. Această dezvoltare implică o combinație de părți perovskite și siliciu tradițional. Instalația convertește eficient razele ultraviolete disponibile în electricitate și crește eficiența bateriei cu 15%.

— Principalul avantaj al perovskitului hibrid este ușurința producției sale din surse standard: compuși chimici organici industriali și săruri metalice. În timp ce analogii semiconductori extrem de eficienți sub formă de celule solare, pe bază de arseniură de galiu și siliciu, sunt obținuți din elemente neobișnuite și scumpe, a remarcat liderul proiectului, expert principal la Universitatea MISiS și profesorul Anvar Zakhidov.

Un alt factor important este că imprimarea fotoelectronice pe bază de perovskit nu se limitează la imprimarea pe sticlă. Acest lucru reduce semnificativ costul bateriilor noi în comparație cu cele mai vechi. în moduri complexe crearea de componente din peliculă subțire. Aceste componente perovskite au niveluri active. Se pot aplica fara probleme chiar si pe cele mai flexibile si subtiri substraturi. Iar tehnologia modernă de rulare face posibilă plasarea panourilor solare pe suprafețe cu diferite curburi. Luând în considerare toate aceste avantaje, domeniul de aplicare al bateriilor inovatoare se extinde și depășește cu mult utilizarea analogilor tradiționali de siliciu. Dezvoltarea poate furniza energie naturală electronicelor portabile și aparate electrocasnice, să fie implementat în proiect " Casă inteligentă"etc. Bateriile pe bază de perovskit garantează o alimentare neîntreruptă cu energie electrică a locuințelor. Inovația este potrivită și pentru industria auto.

Oamenii de știință din întreaga lume lucrează pentru a crea noi celule solare care, deși sunt extrem de eficiente, ar putea lua diferite forme și pot fi utilizate pe scară largă în construcții în industria construcțiilor. Fiecare nouă dezvoltare, fiecare nouă realizare a oamenilor de știință, fiecare nouă generație de panouri solare este un mic dar pas înainte, este un fel de descoperire în dezvoltarea surselor alternative de energie care va reduce dependența umanității de combustibilii fosili tradiționali.

Viitorul fotovoltaicului: trei direcții promițătoare

1. Panouri solare transparente

Compania australiană Dyesol lucrează la ceea ce spune că este sistemul fotovoltaic al viitorului. Baza acestui sistem este așa-numitele „celule Gretzel” - celule solare multicolore. Își datorează numele omului care le-a inventat - chimistul Michael Gretzel, care a brevetat aceste celule încă din 1992. Aceste celule funcționează într-un mod similar cu modul în care funcționează frunzele verzi ale plantelor. Colorantul conținut în materialul acestor celule reacționează la lumină și astfel creează o diferență de potențial pe suprafața filmului. Celulele Gretzel sunt aproape transparente și pot fi utilizate într-o varietate de acoperiri. Acest lucru le face flexibile, iar domeniul lor de aplicare este practic nelimitat.

Celule gretzel multicolore pe fațada noului Centru de Conferințe din Lausanne.

Cel mai mare avantaj al acestor celule este că sunt ieftine, ecologice și funcționează chiar și din lumina împrăștiată și la unghiuri nefavorabile de incidență a luminii solare. Cu toate acestea, aplicarea lor practică completă necesită cercetări suplimentare. Faptul este că eficiența acestor celule nu depășește încă 15%, ceea ce este semnificativ mai mic decât indicatorii similari pentru celulele cu siliciu heliu. Totuși, calculele teoretice arată că, cu tehnologii adecvate, eficiența celulelor gretzel poate ajunge la 31%. Și apoi în viitorul foarte apropiat ne putem aștepta la apariția unor case ai căror pereți sunt acoperiți cu vopsea care generează electricitate.

2.Fotovoltaice încorporate în piatră

Laboratorul de cercetare al universității germane din orașul Kassel, sub conducerea profesorului Heike Klussmann, continuând munca începută de Gretzel, a mers mult mai departe în cercetarea lor. Laboratorul a dezvoltat un material de construcție care combină proprietățile betonului și ale unei celule cu heliu.

Acest material nou creatorii săi l-au numit DysCrete. După cum explică cercetătorii, betonul în acest caz acționează ca un electrod, în timp ce fotosinteza artificială are loc în coloranții obținuți din extracte de fructe. La început, echipa de cercetare a experimentat chiar și cu suc de coacăze negre până când dezvoltatorii au găsit coloranți mai eficienți.

Experimente cu coloranți roșii și beton la Universitatea din Kassel.

Liderul de proiect, profesorul Heike Klussmann, spune: „Scopul nostru este să dezvoltăm un material care să găsească o aplicație largă în industria construcțiilor în viitor, de exemplu pentru elementele prefabricate în construcția clădirilor și structurilor, ca elemente de fațadă, componente noi de perete.”

3.Roll celule solare

Subțire, flexibilă și foarte ieftină. Acestea sunt caracteristicile foliei de gel și hârtiei de gel. Compania germană Heliatek a lansat o peliculă a cărei grosime este semnificativ mai mică de un milimetru. Acest film își menține eficiența electrică chiar și în condiții de lumină scăzută și temperatură ridicată. În prezent, cercetări și experimente serioase cu hârtie gel sunt efectuate de Universitatea Tehnică din Chemnitz.

Cercetătorii experimentează cu module solare din folie de hârtie.

Cu tehnici normale de imprimare, stratul fotosensibil poate fi aplicat pe hârtie. În același timp, în laboratoarele universitare s-au obținut deja rezultate destul de încurajatoare. Astăzi vorbim despre o tensiune de 4 volți și un randament de 1,3%. Dar acesta este doar începutul lucrării. Calculele teoretice arată realizarea unui indicator de eficiență comparabil cu indicatorii similari ai celulelor solare cu siliciu. 3PV (Printed Paper Photo Voltaics) - (Print Paper Photo Voltaics) - aceasta este ceea ce oamenii de știință au numit descoperirea lor.

O privire în viitor: nanostructuri cu indice de refracție variabil

În orașul olandez Eindhoven, la Institutul AMOLF pentru Fotonică și Nanofizică a Semiconductorilor, un laborator condus de profesorul Jamie Gomez Rivas efectuează cercetări care vizează creșterea eficienței celulelor solare.

Aceste studii se bazează pe ideea de a maximiza fluxul luminos pe unitatea de suprafață. Pentru a aduce această idee la viață, cercetătorii au apelat la ceea ce fusese deja „inventat” de natură - ochii molilor de noapte. Acești detectoare de lumină naturală percep cea mai mică cantitate de lumină, datorită cărora insectele văd perfect și se orientează în întunericul total. După imaginea și asemănarea ochilor unei molii de noapte, oamenii de știință au încercat să creeze o structură artificială care să funcționeze într-un mod similar.

Ca urmare a numeroaselor experimente și calcule complexe, s-a obținut o nanostructură multistrat pe bază de fosfură de galiu. Oamenii de știință au publicat rezultatele cercetării lor în revista Advanced Materials. În materialul publicat, profesorul Jamie Gomez Rivas spune: „Pentru prima dată, am arătat că structurile noastre permit absorbția aproape completă a fluxului de lumină”. În structura stratificată a ochiului unei molii, indicele de refracție al luminii se modifică treptat de la un strat la altul și crește de peste trei ori înainte de a ajunge la nervul optic. Cercetătorii au obținut același efect folosind structura lor multistrat de nanorods minuscule cu lungime și grosime variabile.

Nanostructuri cu indice de refracție variabil

Datorită acestor dimensiuni variabile de nanorods, se realizează o schimbare lină și continuă a indicelui de refracție, care maximizează captarea razelor de lumină pe întregul spectru de lungimi de undă și, de asemenea, minimizează efectul reflexiei. Acum, potrivit cercetătorilor, a sosit momentul trecerii de la cercetarea științifică la aplicare practică rezultate obtinute si dezvoltare mod simplu aplicarea de noi acoperiri pe panourile solare. Dacă acest lucru reușește, atunci prin aplicarea unui astfel de nanocoating antireflex eficiența celulelor solare poate fi crescută semnificativ. Profesorul Rivas, în același timp, consideră chiar posibilă dezvoltarea unei acoperiri care să permită utilizarea a până la 99% din lumina incidentă.

Luând în considerare tendința de dezvoltare a ingineriei energiei solare și creșterea constantă a eficienței fotoconvertoarelor cu heliu, oamenii de știință au făcut o prognoză destul de optimistă pentru utilizarea energiei solare. Conform acestei prognoze, în 2050, 27% din toată energia electrică generată pe planetă va fi generată de centrale solare.

Ecologia consumului Știință și tehnologie: Fizicienii elvețieni au demonstrat funcționarea unei noi generații de celule solare care au o eficiență record și, în același timp, rămân destul de ieftine în comparație cu celulele solare convenționale.

Fizicienii elvețieni au demonstrat funcționarea unei noi generații de celule solare care au o eficiență record și, în același timp, rămân destul de ieftine în comparație cu celulele solare convenționale.

Filmele realizate dintr-un analog al unui mineral natural neobișnuit i-au ajutat pe fizicienii din Elveția să creeze aspect nou panouri solare ieftine care convertesc un record de 20% din lumina soarelui în energie electrică, potrivit unui articol publicat în revista Nature.

„Cele mai bune prototipuri de celule solare perovskite folosesc materiale speciale care sunt foarte greu de fabricat și purificat. Costul lor minim este de aproximativ 300 de euro pe gram de substanță, ceea ce le face imposibile utilizare comercială. Prin comparație, substanța noastră, FDT, este ușor de făcut și de cinci ori mai ieftină, dar are aceleași proprietăți”, a spus Mohammad Nazeeruddin de la EPFL.

În ultimii ani, oamenii de știință au creat mai multe materiale exotice care pot crește de mai multe ori eficiența celulelor solare. În special, atenția fizicienilor este din ce în ce mai atrasă de perovskitul mineral și de analogii săi sintetici, ale căror pelicule subțiri sunt semiconductori care sunt buni la transformarea energiei luminii în electricitate.

Majoritatea materialelor care absorb lumina au o structură cristalină simetrică, care permite electronilor să curgă liber în direcții diferite. Perovskitul are o rețea cristalină cubică formată din atomi ai unui singur metal. În interiorul fiecărui cub se află un octaedru format din atomi de oxigen, în interiorul căruia se află un atom dintr-un alt metal.

Interacțiunea dintre acești atomi face ca electronii să curgă în aceeași direcție, motiv pentru care celulele solare perovskite au o eficiență extrem de ridicată, aproximativ 12-15%. Naziruddin și colegii săi au reușit să obțină și mai mult nivel înalt eficiență fără a crește costul bateriei prin crearea substanței FDT.

Se încadrează în categoria așa-numitelor „purtători de găuri” - substanțe speciale care ajută la îndepărtarea sarcinilor pozitive, așa-numitele „găuri”, din pelicula de perovskit, după ce particulele de lumină intră în el și „elimină” electronii din el. În ceea ce privește structura sa chimică, FDT este o moleculă mică de hidrocarbură aromatică, similară ca formă cu un fluture cu aripi mari.

Vârfurile aripilor acestui „fluture” se agață de suprafața peliculei de perovskit, iar partea inferioară a acestuia interacționează cu atomii de iod, care servesc ca sursă de „găuri” și electroni și îi determină să revină rapid la funcționarea lor. poziție după ce lumina scoate următorul electron din cristalul de perovskit.

Datorită proprietăților sale neobișnuite, o celulă solară acoperită cu un strat subțire de FDT este capabilă să atingă o eficiență record până în prezent - peste 20,2%, care este puțin mai mare decât celulele solare bazate pe „purtători de găuri” mai scumpi. Oamenii de știință speră că descoperirea lor ne va aduce mai aproape de apariția unor surse de energie „verzi” cu adevărat eficiente. publicat

Timp de multe milenii, omenirea a folosit resursele naturale pentru a obține energie. Începând cu lemnul, care a fost ars pentru a se menține cald și a găti mâncarea, și terminând cu energia nucleară. Rezervele Pământului s-au dovedit a fi impermanente și au nevoie societatea modernă incomparabil de ridicat în comparație cu procesele de reînnoire. Cea mai promițătoare direcție în căutarea surselor alternative de energie a devenit noile tehnologii de panouri solare.

Genială invenție

Deja la sfârșitul secolului al XIX-lea. oamenii de știință au început să se gândească la utilizarea energiei solare. Motivul a fost lucrarea celebrului fizician francez A. Becquerel - „Fenomenele electrice care decurg din iluminarea corpurilor”. În el, el a descris efectul fotovoltaic - apariția tensiunii sau a curentului electric în substanțele aflate sub influența luminii. O contribuție neprețuită a fost adusă în 1873 de către inginerul electric englez W. Smith, care a descoperit fotoconductibilitatea seleniului. În 1887, fizicianul german Hertz a descoperit efectul fotoelectric extern studiind eliberarea de electroni dintr-o substanță atunci când este expusă la lumină.

De mai bine de o jumătate de secol, oamenii de știință au lucrat la crearea unui convertor direct de lumină în energie electrică. În anii 1950 Specialiștii Bell Laboratories au creat primul panou solar cu drepturi depline. Noile tehnologii au trezit imediat un mare interes în sectorul spațial și, după numai 4 ani, sateliții americani și sovietici echipați cu panouri solare au fost lansați în spațiu.

Energia solară astăzi

S-ar părea, de ce să construim reactoare nucleare când la puțin mai mult de 8 minute lumină de noi există o sursă termonucleară de energie colosală - Soarele. Dacă ne imaginăm puterea fluxului de fotoni în wați, atunci, în medie, ținând cont de pol-ecuator, zi-noapte și vară-iarnă, obținem 325 W pe 1 m². Luând în considerare suprafața pământului - 510,1 milioane km², se dovedește că planeta noastră primește în mod constant 165,7 trilioane kW pe oră.

Într-o singură zi, de la Soare pe Pământ vine atâta energie cât nu pot produce toate centralele electrice din lume într-un an.

Conversia energiei luminoase

În prezent, utilizarea energiei solare a devenit o sarcină urgentă. La urma urmei, acesta este cel mai ieftin și cel mai ecologic mod de a genera electricitate și căldură. Comparativ cu centralele termice, prețul final al energiei electrice pentru consumator este cu 80% mai ieftin. Nevoia de surse alternative de energie electrică ieftină a crescut cererea de panouri solare, iar competiția dintre producători a stimulat dezvoltarea științifică a noilor tehnologii.

Există 3 moduri de a converti energia luminoasă, care sunt deja utilizate pe scară largă în întreaga lume.

Acesta este cel mai simplu mod de a folosi echipamente ieftine. Principiul de funcționare este încălzirea apei de către Soare. Până de curând, astfel de instalații erau folosite în principal doar în țările fierbinți pentru alimentarea cu apă caldă. Colectoarele moderne produse în Rusia sunt proiectate pentru a fi utilizate în regiunile nordice. Când temperatura exterioară este de 10°C pe vreme senină, ei încălzesc apa la 80-90°C.

Relativ tehnologie nouă, care este implementat activ în Germania. Planta a fost concepută inițial pentru a produce hidrogen ieftin, fără a dăuna mediului. Hidrogenul în sine este cel mai prietenos combustibil. Spre deosebire de hidrocarburi, produsul arderii acesteia este vapori de apă obișnuiți (H 2 + 0,5 O 2 → H 2 O). Pe parcursul dezvoltării a fost obținut un întreg complex energetic care ar putea asigura gospodăriilor private cu energie electrică, alimentare cu apă caldă și încălzire. Pe vreme bună, electricitatea este generată de baterii, iar excesul de energie este folosit pentru a produce hidrogen. Dacă există o lipsă de energie electrică generată, se utilizează hidrogenul acumulat. Producătorii de top de astfel de sisteme complexe sunt HPS Home Power Solutions GmbH și CNX Construction.

Conversia directă a energiei solare în energie electrică este în mod constant îmbunătățită și extinsă. Creșterea rapidă a implementării SES este confirmată de statistici. În 2005, capacitatea totală a proiectelor solare era de doar 5 GW, iar deja în 2014 - 150 GW. Astăzi există multe astfel de centrale electrice în lume, dintre care cele mai mari sunt:

• Topaz, California - 1096 MW;
• Agua Caliente, Arizona - 626 MW;
• Mesquite, Arizona - 413 MW;
• Solar Ranch, California - 399 MW;
• Huanghe, Qinghai – 317 MW;
• Catalina, California - 204 MW;
• Xitieshan, Qinghai – 150 MW;
• Ningxia Qingyang, Ningxia – 150 MW;
• „Perovo”, Crimeea - 133 MW;
• „Silver”, Nevada - 122 MW.

În prezent, în Rusia funcționează 23 de centrale solare, cu o capacitate totală de 250.318 MW. În plus, echipamentul folosit este în permanență modernizat și capacitatea este în creștere.

În prezent, în Federația Rusă există 31 de centrale solare în faza de proiectare și construcție.

Pe lângă proiectele energetice de anvergură, panourile solare sunt din ce în ce mai folosite în viața de zi cu zi și în diverse tipuri de dispozitive. Sunt instalate pe acoperișurile caselor private, pe stâlpi de iluminat stradal și încorporate în portabile încărcătoare, echipamente informatice și dispozitive de iluminat autonome pentru zona locală.

Printre cele mai neobișnuite soluții se numără o pistă de biciclete în Țările de Jos și o porțiune de un kilometru de drum în Franța, realizată cu un strat de fotocelule, iar în Coreea au dezvoltat o baterie de implant. Este de 15 ori mai subțire decât un păr, este conceput pentru implantare sub piele și este capabil să alimenteze dispozitivele implantate.

Principiul de funcționare

Panoul de recepție a luminii este format din celule (module) care sunt realizate dintr-un material semiconductor cu două straturi cu proprietăți de fotoconductivitate. Stratul superior al semiconductorului de tip „n” are un potențial negativ, iar stratul inferior de tip „p” are un potențial pozitiv. Când razele de lumină lovesc stratul superior, are loc un efect fotoelectric extern. Cu alte cuvinte, semiconductorul „n” începe să renunțe la electroni. În același timp, stratul inferior „p”, dimpotrivă, este capabil să capteze electroni. Astfel, dacă închideți un circuit prin conectarea unei sarcini la straturi, electronii care părăsesc stratul superior vor curge prin sarcină către stratul inferior. Apoi prin joncțiune p-n reveniți din nou la stratul superior.

Realizări reale

Pentru crearea modulelor sunt utilizate o varietate de materiale, conform studiilor de laborator, cele mai eficiente au fost celulele solare multistrat de tip GaInP/GaAs/Ge, care au prezentat un coeficient de conversie fotoelectrică de 32%. În același timp, în realitate, au fost stabilite cifre record mult mai mari.

În 2013, Sharp a creat o celulă solară cu trei straturi pe bază de arseniură de indiu galiu, care a arătat un rezultat de eficiență de 44,4%. Recordul lor a fost depășit în același an de oamenii de știință de la Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară. Ei au folosit lentile Fresnel în designul celulei lor foto, care a atins un indicator de 44,7%. Un an mai târziu, s-au autodepășit și, datorită focalizării speciale, lentilele au reușit să atingă o eficiență de 46%.

Evoluții moderne

Una dintre domeniile promițătoare este conversia tuturor spectrelor de radiații în electricitate. Evoluții în această direcție sunt realizate de multe companii, institute, centre de cercetare și rezultatele sunt deja acolo.

Teoria nanoantenei

Ideea de a converti radiația solară în curent electric bazată pe principiul unei antene de redresare care funcționează în intervalul de lungimi de undă optice de 0,4-1,6 microni, a apărut încă în 1972 și aparține lui R. Bailey. Eficiența potențială a unor astfel de antene va fi teoretic de 85%. Prima încercare de a crea un convertor solar folosind nanoantene a fost făcută în 2002 de ITN Energy Systems, care nu a avut succes. În ciuda acestui fapt, această tehnică este considerată cea mai promițătoare și cercetările continuă.

Astăzi, acest material, ca alternativă la siliciu, este cel mai popular printre producători. Costul său este mult mai ieftin, ceea ce are în cele din urmă un efect pozitiv asupra prețului produsului. Mai mult, conține plumb toxic, pe care încearcă să-l înlocuiască de mult timp. Un grup de oameni de știință olandezi, care lucrează la această problemă, a făcut accidental o descoperire.

Plumbul a fost înlocuit cu staniu și în timpul studiilor de testare a fost observat un fenomen ciudat. „Electronii fierbinți”, adică electronii cu energie crescută, i-au eliberat în câteva nanosecunde, în loc de câteva sute de femtosecunde, ceea ce este mult mai lung. În panourile convenționale, astfel de electroni sunt transformați mai degrabă în căldură decât în ​​electricitate. În acest caz, datorită încetinirii electronilor, devine posibilă transformarea lor în energie electrică înainte ca ei să devină căldură.

Deocamdată, oamenii de știință își dau seama de ce electronii fierbinți își încetinesc împrăștierea și cum pot fi făcuți să se împrăștie și mai încet. Potrivit profesorului de Fotofizică și Optoelectronică M. Loi, predicțiile teoretice pentru eficiența unei astfel de baterii vor fi de 66%.

Radiația ideală

Pentru a rezolva problema unui element de lumină care absoarbe întregul spectru al radiației solare, o echipă de cercetători din Haifa (Israel) a propus o soluție non-standard. În experimente, ei au decis să transforme lumina soarelui în radiații ideale. Pentru a face acest lucru, au dezvoltat și au folosit un material fotoluminiscent unic. Tehnologia similară este utilizată în Lămpi cu LED-uri, unde strălucirea diodei este absorbită de fosfor și transformată într-o strălucire optimă pentru percepția umană. În cazul unui element, materialul transformă întregul spectru de radiații în lumină, care este absorbită în mod ideal de panou. Potrivit tinerilor oameni de știință, transformarea luminii va crește conversia în energie electrică cu până la 50%.

Panouri multistrat pentru montaj pe acoperis

Anterior, oamenii de știință de la Universitatea din New South Wales au propus concentrarea radiației solare folosind oglinzi. Această tehnică a făcut posibilă creșterea semnificativă a eficienței elementelor. Astăzi, această tehnologie este utilizată în multe centrale solare, dar pentru bateriile instalate pe acoperișurile caselor private, un astfel de proiect este imposibil. Dezvoltatorii centrului științific german Agora Energiewende au propus creșterea eficienței de conversie a luminii neconcentrate la 53%.

Invenția lor se bazează pe un panou multistrat capabil să absoarbă 4 game de lumină. Un strat refractiv special reflectă spectrul infraroșu către partea de siliciu și transmite restul luminii către panoul cu trei straturi. Primul strat este fosfură de indiu galiu, al doilea este arseniura de indiu galiu și al treilea este germaniu. Fiecare absoarbe lumina într-un anumit interval și, ca rezultat, este posibil să „strângeți” energia maximă.

Designul este ideal în teorie, dar în practică, aplicațiile de pe acoperiș au întâmpinat probleme de întreținere. În prezent, în curs de dezvoltare pentru sectorul privat, bateria este mai potrivită pentru centralele electrice, dar lucrările de îmbunătățire continuă.

Energie zi și noapte

Evoluțiile oamenilor de știință chinezi au atras o atenție deosebită din multe publicații științifice. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece China este lider în acest domeniu și este cel mai mare furnizor de panouri solare, care sunt solicitate în întreaga lume.

Dezvoltatorii chinezi au propus un panou care funcționează nu numai în timpul zilei, ci și pe timp de noapte. Secretul constă într-un strat de fosfor cu o strălucire lungă. În timpul zilei, lumina neabsorbită de fotocelulă este reținută de fosfor, care strălucește noaptea, eliberând energie către fotocelule. Deși eficiența pe timp de noapte este de doar 25%, astfel de baterii pot îmbunătăți semnificativ eficiența energiei solare.

Soluții de inginerie

Odată cu creșterea SES în întreaga lume, noua problema, relevant mai ales pentru țările europene. Pentru a construi astfel de centrale electrice este necesar un spațiu mare. Într-o oarecare măsură, această problemă este rezolvată prin integrarea fotocelulelor în suprafața drumului și instalarea de receptoare de lumină pe acoperișuri. Dar adesea este necesară modernizarea structurilor de acoperiș, iar în unele cazuri instalația contrazice caracteristicile arhitecturale. Urgența creșterii capacităților de integrare a panourilor solare a devenit critică, așa că inginerii și arhitecții de vârf lucrează astăzi la acest lucru.

Acoperiș din fotocelule

Hanergy a prezentat un design interesant la conferința Solar Power International 2017 din Las Vegas. Tiglele Hantiles sunt tigle ondulate cu celule fotovoltaice incorporate. Prin combinarea materialului de acoperiș și a fotocelulelor, aspectul estetic al clădirii este păstrat, iar structura acoperișului nu necesită completări. În plus, costul este mai ieftin decât achiziționarea separată a acoperișului și a panourilor.

Placarea peretelui cu panouri solare

Centrul Elvețian de Microtehnologie și Electronică „CSEM” a propus o nouă tehnologie pentru producția de panouri de placare a pereților exteriori, care sunt și panouri solare. Particularitatea constă în menținerea calităților materialului de acoperire. Panourile arată monotone și au proprietăți ridicate de izolare termică și fonică. Până acum au fost prezentate doar opțiuni de alb, dar dezvoltatorii spun că orice culoare este posibilă.

În curând, în locul ferestrelor de economisire a energiei, vor fi posibile instalarea unor ferestre generatoare de energie. Fereastra inovatoare de la dezvoltatorii Laboratorului Național Los Alamos nu diferă din punct de vedere vizual de ferestrele simple. În același timp, folosesc o fereastră cu geam dublu cu o singură cameră, cu puncte cuantice pe bază de mangan încorporate. sticla exterioarași pe bază de seleniră de cupru-indiu pe interior. Sticla actioneaza ca un concentrator luminescent si, absorbind lumina, o redirectioneaza catre marginile cadrului, unde este transformata in energie electrica prin fotocelule incorporate.

Inginerii germani de la Universitatea din Jena au mers și mai departe. Au oferit ferestre inteligente. Ideea ferestrelor inteligente nu este nouă. Anterior, alți dezvoltatori au propus sticlă care a schimbat transluciditatea și a generat electricitate prin fotocelule laminate. De data aceasta a fost folosită o tehnologie fundamental nouă LaWin. Acum, funcțiile ferestrelor au fost adăugate la capacitatea de a funcționa ca iluminat și încălzire.

Încărcați din mers

Dezvoltatorii japonezi de la Institutul RIKEN și de la Universitatea din Tokyo au inventat o celulă solară flexibilă ultra-subțire, care nu se teme de apă și de sarcinile de tracțiune. Prin integrarea unei astfel de baterii în textile, este posibil să se creeze îmbrăcăminte conectată dispozitive mobile sau orice alt dispozitiv electronic.