Укрощение человеком возобновляемых источников энергии при наличии творческого подхода у инженеров-проектировщиков может иметь симпатичный результат по итогу. Доказали это на личном примере строители солнечной электростанции Panda Green Energy, облик которой может теперь завлекать туристов на посещение городского округа Датун китайской провинции Шаньси.

Солнечная электростанция Panda Green Energy состоит из двух типов солнечных панелей — белых тонкоплёночных фотоэлектрических ячеек и чёрных монокристаллических кремниевых фотоэлементов, которые чередуются между собой и образуют таким образом оригинальный рисунок. При взгляде сверху на Panda Green Energy становится понятным, почему станции было присвоено такое имя и чем она выделяется на фоне других подобных сооружений. 

Очертания Panda Green Energy, сконструированной в рамках проекта развития под эгидой ООН, напоминают панду — любимца китайской нации, которого они так тщательно оберегают от вымирания и считают своим символом. Сделано это ради привлечения внимания как СМИ, так и китайской молодёжи. На фоне истощающихся ресурсов планеты подрастающее поколение обязано приложить все усилия для популяризации и развития «зелёной» энергетики в Поднебесной. Функционирующий на территории станции центр возьмётся за организацию локальных экскурсий по предприятию, а в августе рядом с Panda Green Energy откроется летний лагерь для детей от 13 до 17 лет.

Реализуемая совместно с ООН программа призвана обратить внимание на плачевный экологический аспект современной промышленности и критическую необходимость в альтернативных способах генерации электричества, таких как солнечные батареи.

На данном этапе номинальная мощность станции Panda Green Energy составляет 50 МВт, однако в планах авторов проекта значится её двукратное увеличение — выход на отметку в 100 МВт. В перспективе после модернизации до заявленных характеристик данная солнечная электростанция сможет выработать за 25 лет своей службы около 3,2 млрд кВт·ч электроэнергии. 

Установить солнечную батарею на крыше собственного дома — идея экономически выгодная и обоснованная (для солнечных регионов), с учётом нынешней стоимости и КПД таких панелей. Однако далеко не все сторонники использования возобновляемых источников энергии готовы пойти на демонтаж существующей кровли, даже если на кону стоит снижение затрат на оплату счетов за электроэнергию. 

Выход из ситуации предлагает новое решение от компании Tesla. В рамках программы сотрудничества с Panasonic по проекту GigaFactory 2 японский производитель приступит к изготовлению солнечных панелей, которые будут поставляться Tesla по индивидуальному заказу. Такой подход означает, что приобрести новинку удастся лишь после обращения напрямую к разработчику без задействования цепи поставщиков.

Эксклюзивный продукт представляет собой готовую систему из солнечных батарей, созданную для установки поверх крыши без демонтажа конструкции. Помимо эстетического преимущества в случаях, когда владелец дома не готов нарушать неповторимую дизайнерскую гармонию своего жилища, данные фотоэлектрические панели имеют и ряд других приятных особенностей. 

Батареи Tesla-Panasonic получились низкопрофильными и лишились видимых крепёжных элементов. Заслуга в этом целиком и полностью  лежит на специалистах монтажной компании Zep Solar — дочернего предприятия Tesla, принимавшего участие в создании уникальных фотопанелей.  

В спецификации к предлагаемой Tesla «под ключ» системе из гладких солнечных батарей указана мощность в 325 Вт и эффективность преобразования свыше 21 %. Производство панелей, которые призваны стать более доступной альтернативой «солнечной черепице» с текстурированной поверхностью, стартует летом 2017 года.  

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

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.

Солнечные батареи начинают приобретать всё более массовый характер за счёт популяризации технологии, которую обеспечивают стартапы на Kickstarter или Indiegogo. Помочь в знакомстве владельцев мобильных гаджетов с принципами обуздания солнечной энергии намерен и проект SolSol. 

Куртками, пальто и другими предметами одежды с фотоэлектрическими панелями уже не удивить. Теперь в ход пошли головные уборы — разработанная командой специалистов из Лос-Анджелеса бейсбольная кепка. Весьма увесистый аксессуар, масса которого в несколько раз превосходит таковую у классического головного убора, обеспечит своего владельца бесплатной «зелёной» электроэнергией. Правда, без «ложки дёгтя» у SolSol конечно же не обошлось.

noveltystreet.com

Размещение солнечных панелей на козырьке кепки — решение довольно интересное и, на первый взгляд, даже практичное. А вот отсутствие аккумуляторной батареи для накопления заряда уже вызывает недоумение. Хотя причина такого вполне ясна: SolSol и так изрядно потяжелела после появления на кепке кремниевых фотоэлементов. Аккумулятор бы сделал головной убор и вовсе не пригодным для длительной эксплуатации.

Второй нюанс — это процедура зарядки смартфона. Для этого необходимо или снять кепку, предварительно выбрав залитое солнечными лучами место её размещения, или же оставить на голове и ходить с несуразно свисающим из SolSol кабелем.

ktla.com

Как долго нужно пребывать со снятым головным убором владельцу SolSol, чтобы впоследствии воспользоваться разряженным мобильным гаджетом? Авторы проекта заверяют, что за час столь экстравагантного процесса удастся зарядить аккумулятор смартфона не более чем на 200 мА·ч. На данном этапе разработчики уже рассматривают вопрос ускорения процедуры восполнения заряда и проектируют новые кепки самых модных стилей. 

Бейсбольное же исполнение SolSol обойдётся всем сторонникам подобных носимых гаджетов в «скромные» $56. 

Идея размещать фотоэлектрические панели на крышах домов и фасадах офисных зданий кажется основателю Tesla верным способом быстро и безболезненно приобщиться к возобновляемым источникам энергии. Представленный Элоном Маском (Elon Musk) проект «солнечной черепицы» — модули со встроенными солнечными батареями, скрытые под имитирующим привычную кровлю материалом, — сумел произвести впечатление и заинтересовать публику. С одной стороны, установка генерирующих электричество крыш позволила бы домовладельцу обзавестись бесплатным источником энергии, а с другой —  попутно вписывалась бы и в дизайн экстерьера, не внося глобальные изменения в стилистику здания. 

www.tesla.com

С учётом двух озвученных выше преимуществ возникает логичный вопрос о стоимости подобной модернизации, которая может свести на нет все преимущества столь рекламируемых «солнечных крыш» разработки Tesla, сделав их экономически необоснованными. На момент анонса вопросы ценовой политики на подобное изделие не стоял, хотя сам господин Маск подчеркнул необходимость в выпуске действительно доступной продукции. Стоимость таких крыш не превысит цену качественной кровли. 

www.tesla.com

После недавнего собрания акционеров Tesla, в ходе которого совладельцы компании проголосовали за приобретение энергетического предприятия Solar City, Элон Маск уверил, что их «солнечная черепица» окажется не просто в одну цену со стандартной кровлей, а даже дешевле её. Если брать во внимание сэкономленные на оплате счетов за электричество средства после установки инновационных крыш, то их массовое появление может оказаться уже не за горами. Вдобавок к этому аргументу специалисты Tesla уверили, что их фирменная «черепица» со стеклянным слоем, характеризующимся объёмными текстурами, окажется на практике более долговечной и стойкой, нежели существующая в том же ценовом диапазоне альтернатива без встроенных солнечных батарей. Правда, открытым остаётся вопрос своевременного обслуживания крыш Tesla, ремонта отдельных её участков, пострадавших от стихий или нерадивых соседей, а также полной замены сверхтехнологичной кровли в случае необходимости. 

www.businessinsider.com

«Вчера я встречался с инженерами из команды Solar City и, невзирая на отсутствие 100-процентных гарантий в достижении желанного результата, мы идём по пути создания крыш с интегрированными солнечными батареями и оригинальными дизайнерскими решениями со стоимостью ниже, чем используемая нынче кровля. И в теории её стоимость может оказаться более привлекательной даже без учёта экономии на оплате электроэнергии. Вследствие этого подумайте над нашим предложением: хотели бы вы стать обладателем крыши, которая выглядит ничем не хуже обычной крыши, но прослужит вам в два раза дольше, обойдётся дешевле, да ещё и к тому же питает электроприборы?», — подытожил Элон Маск. 

Российские учёные из «Роснано», занятой разработками в области нанотехнологий, совместно со специалистами из «Ренова» сумели добиться рекордного показателя КПД фотоэлементов отечественного производства. Для создания солнечных модулей была выбрана применяемая в аналогичных разработках компанией Panasonic технология Heterojunction with Intrinsic Thin-layer (HIT), позволившая инженерам достичь максимальной эффективности преобразования солнечной энергии среди серийно изготавливающихся в РФ систем. Данный параметр представленных и одобренных членами научного совета кремниевых фотопанелей практически достиг значения 20 %.

Конечно, озвученное достижение не претендует на звание мирового рекорда эффективности преобразования солнечной энергии, который принадлежит японский фирме Panasonic и для аналогичного типа продукции составляет 25,6 %. Однако продемонстрированные успехи говорят о стремлении российских научных организацией не отставать от своих западных коллег и постепенно переходить на более совершенные в техническом плане решения. Это, в свою очередь, может способствовать популяризации среди населения альтернативного источника электроснабжения. 

Выход на рекордные для отечественного производства параметры при создании солнечных батарей принадлежит Научно-техническому центру тонкоплёночных технологий в энергетике при институте им. Иоффе, собственником которого является компания «Хевел» — совместное предприятие озвученных выше компаний «Ренова» и «Роснано».

Что касается использованной технологии HIT, то она представляет собой метод изготовления фотоэлементов, при котором используются преимущества как кристаллической, так и тонкоплёночной технологий для создания высокопроизводительных солнечных батарей. Это позволяет сочетать в конечном продукте сразу два ключевых преимущества — максимальное значение КПД кремниевых панелей в совокупности со сведённой к нулю световой деградацией. Дополняют перечисленные преимущества невысокая себестоимость и тот факт, что для HIT-фотомодулей с ростом температуры характерны минимальные потери КПД, что лишь способствует применению установок в условиях жаркого климата.

science.opposingviews.com

www.cnet.com

Но главное, что солнечные батареи с 20-процентной эффективностью преобразования являются не просто поводом для гордости сотрудников «Хевела», «Роснано» и российской науки в целом, но и имеют важное практическое значение. Опробованную технологию не составит труда адаптировать с минимальными затратами под текущее производство тонкоплёночных модулей, выпускаемых российскими предприятиями. К примеру, кремниевые HIM-панели нового образца после модернизации оборудования могут пополнить перечень продукции завода «Хевел» в Новочебоксарске, где прежде серийно выпускались менее производительные солнечные установки. 

www.hevelsolar.com

Производственная линия по выпуску солнечных модулей на заводе «Хевел»

Компания Kyocera привезла с собой на выставку CEATEC 2014 сразу несколько интересных разработок. Читателям 3DNews японский производитель знаком преимущественно благодаря фирменным МФУ, защитному сапфировому стеклу и оснащённому им смартфону Brigadier. Однако в послужном списке бренда достаточно много перспективных проектов, одним из которых должна стать самая мощная в мире плавучая солнечная станция.

По заявлению разработчиков применение фотоэлектрических панелей с размещением на воде позволит значительным образом сэкономить и без того застроенную территорию Японии. К тому же водная поверхность станет превосходным, а главное — технически несложным и не требующим дополнительных затрат вариантом охлаждения солнечных батарей. 

Это избавит инженеров от поиска альтернативных методов поддержания температурного режима, позволяющих препятствовать перегреву фотоэлементов и падению КПД при преобразовании солнечной энергии в электрическую. Единственные, кто беспокоятся на счёт целесообразности плавучих установок, так это местные экологи. Массовое строительство солнечных станций водного базирования способно оказать негативное воздействие на экосистему по причине резкого повышения температуры воды.

В планах руководства Kyocera и компании Century Tokyo Leasing Corporation соорудить в скором времени и ввести в эксплуатацию сразу две крупных электростанции на 1,2 МВт и 1,7 МВт, одна из которых станет мировым рекордсменом по мощности в своём классе. Для Страны восходящего солнца подобная концепция, результатом которой станет обеспечение энергией 920 домов без необходимости выделять для установок отдельную площадь, кажется наиболее оптимальным выходом из ситуации. Остальные характеристики включают в себя:

• общая мощность 2,9 МВт;
• 255-ваттные фирменные модули в количестве 11 256 единиц;
• ежегодная выработка порядка 3300 МВт·ч электроэнергии.

Готовность начать реализацию проекта наглядно демонстрируют представленные в рамках CEATEC 2014 рабочие образцы новых панелей. Запуск станций запланирован на апрель 2015 года. Несмотря на не самые впечатляющие показатели, Kyocera планирует к концу текущего финансового года (31 марта 2015) довести суммарную мощность японских плавучих установок до 60 МВт. 

Специалисты Массачусетского технологического института, чьи разработки регулярно попадают в материалы нашего сайта, занялись проблемой утилизации старых автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов. Именно такие батареи представляют собой серьёзную экологическую опасность из-за содержащегося в них токсичного свинца.

www.akbli.com.ua

Учёные из MIT предложили свой собственный подход к переработке таких аккумуляторов для вторичного использования, но уже не в роли новых батарей для транспортных средств, а в качестве солнечных панелей с КПД, достигающим 19 %. По предварительным расчётам, из одного старого аккумулятора можно сделать комплект относительно недорогих солнечных батарей, которые смогут обеспечить потребность в электроэнергии приблизительно 30 средних по размерам частных домов.

Предполагается, что для изготовления фотоэлектрических ячеек как раз и будет использован переработанный свинец из аккумуляторов. Однако полученные таким способом солнечные батареи из вторсырья будут основываться не на привычном кремнии, как это было прежде, а на перовските — титанате кальция, который уже сегодня называют наиболее перспективной альтернативой классическим солнечным батареям.

Такие фотоэлементы не только отличаются весьма высокой эффективностью работы, но и максимально просты для массового производства в крупных масштабах. Сам же ключевой материал — титанат кальция — по словам профессора Майкла Гретцеля (Michael Gratzel) из Федеральной политехнической школы в Лозанне является наиболее доступным по цене среди существующих сегодня аналогов. 

www.sciencedaily.com

Каждая ячейка новой фотопанели по технологии, представленной сотрудниками Массачусетского института, должна быть покрыта тончайшим слоем перовскита толщиной около половины микрометра.  С учётом того, что на изготовление батарей для трёх десятков домов достаточно одного старого аккумулятора, а вопрос утилизации опасных отходов имеет первостепенную важность, проект из MIT имеет все шансы быть доведённым до конца.

Учёные Стэнфордского университета нашли простой и эффективный способ, с помощью которого можно поддерживать низкую температуру солнечных панелей. Не секрет, что постоянный длительный нагрев фотоэлементов сказывается не только на КПД солнечной батареи, но и негативно влияет на её долговечность.

www.nite.org

Чтобы исключить данное негативное воздействие, можно использовать систему активного охлаждения. Однако её установка себя никак не оправдывает по причине удорожания конструкции, нагромождения дополнительного механизма и многим другим факторам. Найти же кардинальный выход из текущей ситуации сумели американские специалисты, разработав самоохлаждающиеся ячейки для солнечных батарей будущего.

В основу представленного решения легли микрочастицы из силикатного стекла, напоминающие по своей форме конусы и пирамиды. На каждую из ячеек фотоэлемента необходимо будет нанести слой такого силикатного материала, который сможет принимать на себя тепло в виде инфракрасных волн, но не влиять при этом на световую энергию. В этом случае производительность фотоэлектрических панелей останется на прежнем уровне, перегрев будет устранён, а всё поступающее тепло будет отводиться специальным покрытием и таким же способом возвращаться обратно в атмосферу.

В результате производитель энергетического оборудования получит в свои руки солнечные батареи с увеличенным сроком службы, для которых перегрев станет совсем не характерным явлением. Правда, на сколько именно в цифровом значении возрастёт эффективность применения новых панелей и, соответственно, термин эксплуатации установки, разработчики из Стэнфорда пока решили не уточнять.  

ecology.md

Успешно завершил первый двухчасовой испытательный полёт летательный аппарат модели Solar Impulse 2, работающий от солнечной электроэнергии благодаря установленным на нём фотоэлектрическим панелям. Пилот смог подняться на высоту 1800 м, при этом самолёт работал все  2 часа 17 минут лишь на солнечной электроэнергии.  

Первый результат работы инженеров, задействованных в  проекте «Solar Impulse», был представлен в 2009 году. В том же году прототип пилотируемого человеком самолёта под кодовым названием «HB-SIA» прошёл первый этап испытаний в воздухе. Разработанная инженерами фирмы Solar Impulse конструкция позволяет использовать для полёта солнечную энергию, которая накапливается в аккумуляторах и питает четыре электродвигателя.

www.antaranews.com

Уже в 2010 году модель «HB-SIA» смогла совершить полёт длительностью 26 часов, поднявшись при этом на высоту 8700 м. Напомним, что в числе достижений Solar Impulse значится и осуществление межконтинентального перелёта из Швейцарии в Марокко. Правда, крейсерская скорость полёта аппарата составляла всего 70 км/ч при общей массе 1600 кг.

Новая, как её уже успели окрестить — революционная модель самолёта «HB-SIB» или Solar Impulse с индексом 2 в своём названии, отличается от предшественника более широким размахом крыльев, равным 72 м, эффективными двигателями, модернизированной кабиной пилота.

Масса самолёта на солнечных батареях равняется 2,3 т. Подобного значения, которое можно сопоставить с массой современного автомобиля, позволило добиться применение в конструкции самолёта деталей из углеродного волокна. Практически по всей площади поверхности самолёта расположились фотоэлементы, общее количество которых составляет около 17 тыс. единиц.

www.improntaecologica.it

www.nbcnews.com

Предельная скорость Solar Impulse 2 составляет 140 км/ч. Если первая модель, сумевшая достичь 8700 м, отметилась рекордной высотой для летательных аппаратов аналогичной категории, то новая разработка способна достичь, если верить техническим спецификациям, высоты 12 тыс. м.

eco-energie-montreal.com

Конечная цель создателей Solar Impulse 2 — кругосветное путешествие, которое руководство компании предварительно наметило на 2015 год. 

Потребление электроэнергии во всем мире продолжает расти, следовательно, необходимо снижение затрат на ее выработку и передачу. Энергия должна вырабатываться без использования невозобновляемых природных ресурсов и без загрязнения окружающей среды. Кроме того, передача энергии также должна стать более эффективной. Реализация вышеописанных задач положительно повлияет на жизнь всего человечества.

Очевидным решением является локальная выработка электроэнергии с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), которые  генерируют электричество непосредственно из солнечной энергии. Фотоэлектрический метод основывается на использовании полупроводниковых солнечных элементов. Ввиду того, что стоимость этих элементов постоянно снижается, данный метод видится наиболее перспективным для выработки постоянного тока. А благодаря тому, что солнечная энергия доступна практически по всему миру, фотоэлектрический метод не подвержен обычным геополитическим ограничениям. Таким образом, фотоэлектричество может произвести настоящую революцию в энергетике, аналогичную информационной революции, которую в свое время произвел Интернет, и продолжает менять мир по сей день.

Раджендра Сингх (Rajendra Singh), профессор из отделения электровычислительной техники Университета Clemson, а также аспирант Джитин Ф. Алэпэтт (Githin F. Alapatt) наряду с другими учеными из Государственного Университета Пенсильвании недавно изучили все самые многообещающие типы солнечных элементов и сделали выводы относительно их перспектив.

Профессор Сингх сказал, что, как он и предсказывал еще в 1980 году, основная масса фотоэлектрических элементов (порядка 90%), используемых сегодня, изготовлена из кристаллического кремния. Суммарная мощность таких систем составляет 100 ГВт. Кремний – второй по  распространённости элемент в земной коре.

Вывод ученых  следующий: ввиду недостаточной надежности и рентабельности, фотоэлектрические системы на основе солнечных концентраторов не смогут оказать большого влияния на мировую энергетику. ФЭП, включающие органические элементы и элементы на органических красителях, также не смогут сыграть важную роль без фундаментальных прорывов в производительности.

А вот использование тонкопленочных полупроводников, таких как теллурид кадмия, аморфный кремний и арсенид индия-галлия, должно оказать главное коммерческое влияние.

Исследователи предложили новую многотерминальную, многоточечную архитектуру для недорогого производства электроэнергии посредством ФЭП. Ее КПД превысит максимально достижимые на сегодня 25%. Предложенная архитектура основывается на использовании уже существующих кристаллических и тонкопленочных солнечных элементов, произведенных из материалов (таких как оксид меди), которые изобилуют в земной коре. Управление потоком фотонов проходящих через солнечные элементы, как ожидают, повысит эффективность последних. Но дополнительные затраты, связанные с реализацией новой технологии, еще предстоит оценить.

Кроме выработки электроэнергии посредством фотоэлектричества ученые оценили перспективы ее локального производства и распределения. По словам Профессора Сингха, создание микросети питания с постоянным током сэкономит энергию, растрачиваемую при передаче и преобразовании постоянного тока в переменный, а затем обратно. Большинство электроприборов работает от постоянного тока, тем самым на двойное преобразование приходится до 30% всех потерь.

На сегодня выработка электроэнергии посредством фотоэлектричества, плюс ее распределение за счет микросетей постоянного тока является наиболее эффективным способом электрифицировать отдаленные населенные пункты, а также заменить устаревающую энергосистему развитых стран.