Теги → солнечная ячейка
Быстрый переход

Новый сверхлёгкий и гибкий солнечный элемент сможет поддерживать питание носимой электроники

Умные наручные часы, питаемые энергией Солнца, могут стать более практичными в ближайшие годы. Исследователи из университета Монаша разработали гибкий солнечный элемент, который может идеально подходить для будущих носимых устройств. Он в 10 раз тоньше (0,3 микрометра) человеческого волоса и, как можно заметить по фотографии, достаточно лёгкий.

Немаловажно, что при этом элемент ещё и сравнительно мощный: 9,9 Вт на грамм — возможно, этого будет достаточно для питания полнофункциональных смарт-часов будущего. Технология также может поддерживать работу устройств в течение длительного времени. Тесты показали, что элемент деградирует всего на 4,8 % спустя более чем 4700 часов и может работать в течение 20 000 часов с «минимальной деградацией». Полезный срок службы, по словам учёных университета Монаша, составит порядка 11,5 лет.

Сложность состояла в разработке механически прочных светопоглощающих материалов, которые способны достигать одного из самых высоких КПД преобразования среди живых органических клеток — 13 %. Это ниже, чем у многих обычных современных солнечных батарей (более 20 %), но должно быть достаточно для носимой электроники. Элементы относительно просты в изготовлении благодаря технологии непрерывной печати.

Впрочем, стоит всё же умерить ожидания. Исследовательская группа планирует коммерциализировать новую технологию солнечных батарей, но на разработку и внедрение подобных изобретений могут уйти годы. Преимущества, по крайней мере, очевидны. Это может привести к появлению бо́льшего количества носимых устройств, которым нужны лишь небольшие батарейки. Технология могла бы заметно расширить автономность носимых устройств, сделать их компактнее и легче.

Tesla производит солнечных батарей уже на 4 МВт в неделю — достаточно для 1000 домов

Компания Tesla объявила, что на прошлой неделе Gigafactory в Нью-Йорке достигла производства солнечных панелей для покрытия крыш домов на 4 МВт — по словам компании, этого достаточно для 1000 условных домов. Впечатляющий рубеж, но может ли компания монтировать крыши в таком темпе?

В октябре прошлого года Tesla выпустила 3-ю версию своей солнечной кровли Solar Roof, которая теперь называется Solarglass, а также значительно снизила цены за счёт оптимизаций и более быстрой установки. По различным оценкам, стоимость Tesla Solar Roof V3 упала на 40 %.

Исполнительный директор компании Илон Маск (Elon Musk) стремится ускорить производство и установку новой версии солнечной кровли. Он обещал, что Tesla нацелена на производство 1000 условных крыш Solarglass в неделю к концу 2019 года. Теперь Tesla объявила, что достигла этой цели на прошлой неделе:

Tesla производит 1000 солнечных кровель в течение недели из расчёта на то, что каждая крыша вырабатывает 4 кВт энергии. Это определенно нижняя граница, поскольку Tesla предлагает установку кровли мощностью 10 кВт. Тем не менее, рост объёмов производства на лицо. Вопрос состоит лишь в том, может ли компания устанавливать так много крыш?

Tesla стремится, чтобы процесс монтажа одной крыши составлял около недели, но пока новые покупатели Solarglass сообщают, что процесс отнимает порядка двух недель. Господин Маск сказал, что компания устроит соревнования монтажных бригад на новых испытательных конструкциях на заводе в Фремонте, чтобы понять, кто может устанавливать новые солнечные панели быстрее и лучше.

Но в конечном счёте, сегодня мощности Tesla упираются в количество доступных для работы кровельщиков. Компания нанимает сотни специалистов на эти вакансии, а также сертифицирует сторонние компании, но рабочих рук всё равно не хватает. Журналисты Electrek полагают, что лишь к лету Tesla сможет выйти на установку сотен кровель в неделю — это всё равно значительно меньше достигнутого объёма производства в 1000 условных домов в неделю.

У «солнечного» бизнеса Tesla обнаружили большие проблемы

Согласно документам, с которыми ознакомилось агентство Reuters, «подавляющее большинство» солнечных элементов, производимых на заводе Tesla в северной части штата Нью-Йорк, продаётся за рубежом, а не используется для изготовления солнечной крыши Tesla Solar Roof, как первоначально предполагалось.

REUTERS/Brendan McDermid

REUTERS/Brendan McDermid

Эта информация подчёркивает глубину проблем Tesla в бизнесе по производству солнечных панелей в США, которым компания занялась после вызвавшего немало вопросов приобретения фирмы SolarCity за $2,6 млрд.

Согласно официальным данным по состоянию на 28 февраля, в штате Калифорния используется лишь 21 система Solar Roof. Эти системы были подключены тремя коммунальными предприятиями, принадлежащими инвесторам. И лишь несколько систем Solar Roof, по словам бывшего сотрудника Tesla, было установлено в северо-восточной части Соединённых Штатов.

Учёные вплотную занялись «рецептурой» перовскитов для солнечной энергетики

Перовскиты ― это довольно широкая категория соединений с определённой кристаллической структурой. Предполагается, что в перовскитах скрыт большой потенциал для развития солнечной энергетики. Они дешевле кремниевых ячеек и проще в производстве. Например, если кремниевая подложка подвергается отжигу при температуре 1400 °C, то перовскиты создаются в жидких растворах с температурой от 100 °C. Кроме того, состав из перовскитов можно наносить на гибкую подложку и они могут быть прозрачными или цветными, что интересно с декоративной точки зрения.

Солнечная ячейка из перовскита (MIT)

Солнечная ячейка из перовскита (MIT)

При всей заманчивости использовать перовскиты в промышленности, учёные до сих пор не имеют перед собой ясной картины физических и химических процессов внутри этих структур. Более того, перовскиты содержат три структурных компонента, каждый из которых можно менять в широком спектре материалов, что позволяет получать на выходе кристаллические структуры с таким же и даже большим спектром свойств и возможностей. От чего же отталкиваться?

Группа учёных из Массачусетского технологического института, Калифорнийского университета в Сан-Диего и из некоторых других институтов взяла за основу недавнее открытие швейцарской школы École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Было обнаружено, что добавка в смесь для приготовления перовскитов определённых щелочных металлов повышает КПД солнечной ячейки с 19 % до 22 %. На основе этого опыта в MIT было найдено такое соотношение из добавок типа цезия или рубидия, которое повышает теоретический предел эффективности солнечных ячеек из перовскита до 31 %.

MIT

MIT

При этом учёные продолжают настаивать, что механизм взаимодействия материалов внутри перовскитов остаётся далеко непонятным. Следование путём проб и ошибок позволяет подобрать более-менее подходящий «рецепт» для разработки материала с наилучшими свойствами для, скажем, преобразования света в электричество. Однако это не даёт понять глубинные механизмы работы перовскитов для их наилучшего использования и, следовательно, отдаляет успешную коммерциализацию, над чем ещё работать и работать. И всё же, как минимум две компании сейчас устанавливают производственные линии для выпуска перовскитов в промышленных масштабах. Ожидается, что запуск перовскитов в массовое производство состоится уже в следующем году.

Завод «Хевел» в Чувашии вдвое увеличит выпуск солнечных модулей

Группа компаний «Хевел» (совместное предприятие ГК «Ренова» и АО РОСНАНО) провела модернизацию завода по производству солнечных модулей в Новочебоксарске Чувашской Республики.

Русмонтаж

Русмонтаж

Это единственный в России завод полного цикла по выпуску солнечных панелей. Благодаря разработке учёных принадлежащего «Хевел» Научно-технического центра, резидента Сколково, он будет теперь выпускать продукты по новой технологии — гетероструктурной, отличающейся наибольшей эффективностью в выработке электроэнергии. Средний КПД солнечных ячеек, изготовленных по этой технологии, составляет более 22 %. Они более эффективно работают при высоких и низких температурах, что существенно расширяет географию их применения. Мощность модуля, состоящего из 60 солнечных элементов на базе новой технологии, достигает 300–320 Вт.

Вместе с переходом на новую технологию проектная мощность завода была увеличена вдвое — до 160 МВт солнечных модулей в год. Этого объёма достаточно, чтобы обеспечить до 50 % потребности российского рынка солнечной энергетики.

Работы по модернизации действующей производственной линии были проведены при поддержке Фонда развития промышленности. Инвестиции «Хевел» в модернизацию составили 3,8 млрд руб., включая 300 млн руб., предоставленных ФРП в качестве льготного займа. 

Kaneka Corporation продемонстрировала кремниевый фотоэлемент с рекордным КПД

Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью кремниевых фотопанелей является на сегодня одним из самых простых способов приобщения к возобновляемым источникам. Однако имеется у солнечных батарей помимо явных преимуществ в виде низкой стартовой цены на систему, удобства в её эксплуатации, не слишком требовательных условий для организации инфраструктуры в сравнении с теми же ветроагрегатами, и ряд своих недостатков.

Генерация электричества от энергии солнца хоть и бесплатный процесс, но с чёткими ограничениями по временным и сезонным рамкам. А потому энергию необходимо накапливать в аккумуляторных батареях. О несовершенстве последних на данном этапе лучше не упоминать, так как в обозначенном сегменте никаких серьёзных изменений не наблюдается вот уже почти два десятка лет. Вторым немаловажным фактором значится КПД солнечных батарей, который для коммерческих экземпляров на основе кремниевых фотоэлементов как правило не превышает 15 %.

www.encorsolar.com

www.encorsolar.com

Даже при большой номинальной мощности среднесуточное количество произведённой фотопанелями энергии может варьироваться в очень широком диапазоне из-за климатических особенностей региона. Учёные пытаются «выжать» из кремниевых панелей максимум от их потенциала. Но часто подобные попытки оказываются пусть и успешными, но коммерчески нецелесообразными. 

Решением проблемы низкой эффективности потребительских солнечных панелей занялись специалисты японской Kaneka Corporation. В конечном итоге им всё-таки удалось побить существующий рекорд КПД кремниевой фотопластины, отмеченный значением 25,6 %. Инженеры добились прироста в 0,7 %, сделав солнечную панель с КПД 26,3 % лучшей в своём классе.

Но главная заслуга Kaneka Corporation заключается в том, что зарегистрированный показатель КПД стал следствием неглубокой доработки фотоэлектрической панели. К её массовому изготовлению можно приступить без серьёзных затрат на модернизации производственной линии. Добившись снижения оптических потерь — потерь вследствие неполного использования спектра солнечного излучения и потерь на отражение света от поверхности преобразователя — Kaneka Corporation создала кремниевую ячейку с возросшей продуктивностью.

Наладить серийный выпуск солнечных батарей с рекордным значением КПД, сделав их доступными широкому кругу потребителей, теоретически станет реальным уже в ближайшие несколько лет.

Panasonic анонсировала солнечные модули с рекордным КПД

Компания Panasonic Corporation заявила о создании фотогальванического модуля с эффективностью преобразования энергии 23,8 %. Это рекордное значение для модулей такого типа на основе кристаллического кремния (предыдущий рекорд — 22,8 %).

Panasonic

Panasonic

Японский производитель разработал уникальную гетероструктуру, состоящую из кремниевой основы и слоёв аморфного кремния. Высокий КПД пока достигнут только в лабораторных условиях. Для достижения нового рекордного значения специалисты Panasonic использовали структуру солнечных ячеек с «задним контактом». Эта технология предназначена для уменьшения потерь от тени, которая создаётся передним электродом. Благодаря размещению электродов на тыльной стороне ячеек удаётся добиться более высокой эффективности.

Panasonic

Panasonic

Отметим, Panasonic является одним из крупнейших поставщиков коммерческих фотогальванических модулей. В октябре прошлого года она добавила в серию N новую модель N330 с КПД 19,7 % и номинальной выходной мощностью 330 Вт.  

Новая батарея даст толчок солнечной тепловой энергетике

Инженеры Орегонского государственного университета нашли новый способ хранения концентрированной солнечной тепловой энергии, который отличается низкой себестоимостью и в будущем может использоваться для широкого практического применения. Изобретение основано на новом открытии в области термохимического хранения энергии, которое предусматривает использование химического преобразования в повторяющихся циклах удержания тепловой энергии. Предлагаемое решение способно «законсервировать» полученную от солнца энергию и использовать её тогда, когда это необходимо.

physorg.com

physorg.com

Солнечная тепловая энергетика интересна и перспективна, а в мире уже возведено несколько таких электростанций. В отличие от традиционных фотогальванических солнечных ячеек, которые преобразовывают солнечное излучение непосредственно в электричество, солнечная тепловая генерация предусматривает использование огромной станции с большим количеством отражателей, которые с высокой точностью направляют солнечное излучение на специальный приёмник. Эта концентрированная энергия используется для нагревания газа, который, в свою очередь, вращает турбину электрического генератора. Тепловые солнечные системы отличаются безопасностью, но их эффективность сравнительно низкая.

engadget.com

engadget.com

Новая термохимическая батарея может использоваться для хранения и высвобождения энергии. По сравнению с другими решениями, изобретение отличается 10-кратным увеличением плотности хранения энергии, а также имеет меньшие габариты и дешевле в производстве.

В экспериментах инженеры выявили снижение ёмкости термохимической батареи после сорока пяти циклов нагрева и охлаждения, что вызвано некоторыми изменениями в материалах устройства. На следующем этапе исследователи изучат возможность восстановления материалов, чтобы существенно увеличить жизненный цикл устройства.

Марокко станет крупнейшим центром солнечной энергетики

Учитывая географическое положение Африки, она имеет огромный потенциал для развития солнечной энергетики. Пока что многие страны этого континента не могут себе позволить строительства солнечных электростанций, поскольку это требует немалых вложений. Но поезд понемногу трогается с места. Ярким примером перспективности развития здесь солнечной энергетики служит проект Марокко по возведению в Сахаре крупнейшей в мире концентрированной солнечной электростанции.

theguardian.com

theguardian.com

В центре внимания — город Уарзазат, в котором размещена одна из крупнейших киностудий в мире. Теперь этот регион станет известен не только своим «голливудом», но и также сможет удостоиться званий одного из самых «зелёных» городов мира. Здесь наряду с гидроэлектростанцией и ветряными установками будет построен целый комплекс из четырёх солнечных электростанций. До 2020 года Марокко планирует половину своих потребностей в энергии удовлетворять с помощью таких возобновляемых источников. Возможно, часть энергии будет даже экспортироваться в Европу.

theguardian.com

theguardian.com

Первая фаза проекта, получившая имя Noor 1, завершится уже в ноябре. Новые электростанции будут использовать так называемую зеркальную технологию, которая дороже традиционных фотоэлектрических ячеек и не получила столь широкого распространения. Такие зеркальные модули используются, например, в одной из крупнейших солнечных электростанций США Иванпа. Зеркальная технология позволит вырабатывать энергию даже по ночам.

Новый комплекс будет по площади сравним со столицей Марокко. Четыре электростанции в совокупности смогут генерировать 580 мегаватт, чего достаточно для обеспечения электропитанием миллиона домохозяйств. Первая электростанция комплекса, Noor 1, будет генерировать 160 МВт.

Создан гель для повышения эффективности солнечных ячеек

Группа исследователей под руководством профессора Института материаловедения Чалы Кумара (Challa V. Kumar) разработала гель, повышающий способность солнечных ячеек поглощать энергию. Несмотря на высокий потенциал солнечных лучей, которые являются источником неисчерпаемой энергии, получение такой энергии эффективным способом и сохранение её является сложной задачей. Поэтому новая разработка имеет важное значение.

PhysOrg

PhysOrg

Кремниевые фотогальванические солнечные ячейки (самый распространённый тип солнечных ячеек) не способны поглощать большую часть спектра солнечного излучения. Решение, созданное Кумаром и его коллегами, захватывает неиспользуемые «синие» фотоны и с помощью процесса искусственного фотосинтеза преобразовывает их в фотоны с меньшей энергией, которые кремниевая ячейка может превратить в электричество. Учёные применили механизмы, используемые растениями. В частности, для собирания солнечной энергии использованы биологически разлагаемые материалы, схожие с хлорофиллом. Изобретенное гелеобразное вещество включает протеин коровьей крови, жирные кислоты кокоса и разнообразные органические пигменты. Такой гель смог увеличить поглощающую способность солнечных ячеек Гретцеля.

store.sundancesolar.com

store.sundancesolar.com

Как отмечается, многие учёные работают над созданием такого вещества, но Кумар и его команда стали первыми. Полученный гель является сравнительно недорогим способом повысить выходную мощность солнечных батарей. Правда, изобретателям предстоит ещё обеспечить стабильность его структуры, чтобы он мог служить хотя бы несколько лет. Только в таком случае он сможет найти применение в коммерческих проектах. На данный момент Кумар подал патентную заявку. Ведутся переговоры с одной из компаний Коннектикута о возможности применения геля в серийном производстве.

КПД солнечных ячеек, генерирующих водород, увеличили в 10 раз

Исследователи из Университета технологий Эйндховена и организации FOM Foundation представили интереснейшую разработку. Им удалось создать солнечную ячейку, которая производит топливо вместо электричества. Такая солнечная ячейка всё же генерирует электричество, но здесь имеется ввиду, что это промежуточный результат, и оно сразу же преобразовывается в топливо.

Nature

Nature

Используемый материал фосфид галлия позволяет солнечной ячейке выделять чистый водород из воды с помощью реакции электролиза. Фишка разработки кроется в том, что фосфид галлия формируется в форме очень маленьких нанонитей, благодаря чему коэффициент полезного действия ячейки вырастает в десять раз.

Nature

Nature

Фосфид галлия имеет хорошие электрические свойства, но его слабым местом является слабая светопоглощающая способность. Исследователям удалось обойти этот недостаток, создав массив из множества тонких нанонитей фосфида галлия специфической геометрии. Эти нити имеют длину порядка пятисот нанометров и толщину всего девяносто нанометров. Благодаря такой структуре удалось резко повысить выход водорода в десять раз — до 2,9 %. Это рекорд для ячеек такого типа.

Немаловажной также является экономия материала. При использовании нанонитей количество требуемого фосфида галлия сокращается в десять тысяч (!) раз. Это позволит существенно удешевить конечный продукт. Пока что создан лишь прототип. Надеемся, эта перспективная разработка не задержится в стенах лабораторий.

Apple предлагает интегрировать солнечные батареи в тачпады

Управление США по патентам и торговым маркам (USPTO) раскрыло информацию о новой технологии Apple, предназначенной для подзарядки различных мобильных устройств и компьютерной периферии.

«Яблочная» империя предлагает интегрировать солнечные батареи в тачпады. Теоретически солнечные элементы могут быть расположены по всей поверхности сенсорной панели Magic Trackpad или беспроводной мыши Magic Mouse. Это позволит постоянно генерировать энергию (при условии  достаточного освещения) и подзаряжать аккумуляторную батарею.

Кроме того, отмечается, что прозрачные солнечные элементы могут располагаться перед сенсорным дисплеем гаджетов вроде iPhone и iPad. Это позволит существенно продлить время автономной работы смартфонов и планшетов, хотя и не избавит полностью от необходимости подзарядки от электрической сети.

Предложенная технология также может найти применение в портативных компьютерах MacBook и карманных мультимедийных плеерах.

Нужно, впрочем, отметить, что пока Apple только патентует описанную систему и о возможных сроках её практического применения ничего не сообщается. 

Военные предложили более компактные и дешёвые солнечные панели

Военные исследователи Редстонского арсенала армии США заявили о существенном прорыве в производстве солнечной энергетики. Им удалось создать фотогальваническую солнечную панель, которая меньше, надёжнее и при этом дешевле по сравнению с аналогичными решениями на рынке.

engadget.com

engadget.com

Большинство современных панелей используют конструкцию из чистого кремния. Диапазон волн света, который панель может поглотить и преобразовать в электричество, сравнительно мал по сравнению с полным спектром солнечного излучения. Таким образом, традиционные панели не только не могут использовать весь свой потенциал, но и страдают от ультрафиолетового и инфракрасного излучения, которое приводит к перегреву и разрушению.

inhabitat.com

inhabitat.com

Новая разработка предусматривает включение сверхтонких металлических слоёв (таких как серебро и золото) между полупроводниковыми слоями. Благодаря этому панель преобразовывает более широкий спектр излучения, а также получает способность отражать вредные лучи. Кроме того, новинка способна генерировать одинаковое количество энергии независимо от угла падения солнца на неё. То есть для таких панелей отпадает необходимость устанавливать их на специальные дорогие моторизованные подставки.

Как отмечают разработчики, технология всё ещё находится на зачаточной стадии развития. Исследования подтверждают превосходства технологии, но о серийном производстве говорить пока ещё очень рано. 

В MIT спрогнозировали рост солнечной энергетики до триллионов ватт

Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) провели масштабный анализ развития отрасли солнечной энергетики. В результате были сделаны два важных вывода. Солнечная энергия имеет самый высокий потенциал среди других видов энергии, удовлетворяя долгосрочные потребности человечества и позволяя сократить выбросы парниковых газов. Кроме того, учёные считают, что правительство США проявляет мало внимания к проблемам развития отрасли и недостаточно способствует популяризации этого направления.

Computer World

Computer World

В MIT уверены, что главной целью «солнечной» политики США следует выбрать построение масштабных энергетических систем нового поколения в ближайшие десятилетия. При должном внимании к себе солнечная энергетика может стать важным двигателем экономики, отмечает профессор MIT Ричард Шмаленси (Richard Schmalnsee). На 365 страницах огромного отчёта «Будущее солнечной энергетики» учёные показали, что даже с использованием современных фотогальванических технологий на кристаллическом кремнии можно развернуть инфраструктуру солнечной энергетики тераваттного масштаба к 2050 году, и это без учёта более эффективных инновационных технологий, которые, возможно, появятся в будущем.

Computer World

Computer World

Учёные акцентируют внимание на необходимости массового распространения солнечной энергетики к середине текущего столетия не только в локальном, а и в мировом масштабе. Это, по их мнению, является неотъемлемой частью любой сколь-нибудь серьёзной стратегии по борьбе с негативными изменениями глобального климата. Исследователи отметили, что, к счастью, в последние годы себестоимость солнечных батарей существенно упала, а количество солнечных установок значительно выросло.

TSMC создала солнечный модуль с КПД 16,5 %

Предприятие TSMC Solar, являющееся дочерней компанией крупнейшего контрактного производителя полупроводниковых устройств TSMC, установило рекорд в своей отрасли. Как утверждается в официальном пресс-релизе, немецкая экспертная организация TUV SUD подтвердила эффективность солнечных модулей C2 коммерческого размера (площадью 1,09 м2) на уровне 16,5 %. TSMC Solar удалось побить собственный рекорд 15,7 %, установленный в 2013 году.

Производственная линия TSMC Solar

Производственная линия TSMC Solar

Модуль-рекордсмен использует ячейки на основе селенида меди, индия и галлия. Устройство было создано на уже существующем оборудовании на заводе TSMC в Тайчжуне (Тайвань), которое задействовано в серийном производстве современных солнечных модулей.



Технология CIGS (на основе селенида меди, индия и галлия)

Технология CIGS (на основе селенида меди, индия и галлия

Кроме того, TSMC Solar также анонсировала выпуск нового модуля C2 HV, который дополнит серию продуктов TS-CIGS. Новинка с номинальной мощностью 150–160 Вт характеризуется максимальным рабочим напряжением 1000 вольт.

Отметим, что в прессе периодически появляются сообщения об очередных рекордных показателях КПД солнечных ячеек. Например, в 2013 году было заявлено о создании крохотного элемента с эффективностью 44,7 %. Но это, скорее, для научных исследований. Для промышленного производства интерес представляют лишь модули коммерческого размера. 

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥