Ученые из МИСиС разработали гибкую солнечную батарею втрое дешевле кремниевых панелей

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

МОСКВА, 11 апреля. /ТАСС/. Ученые из Научно-исследовательского технологического университета «МИСиС» совместно с коллегами из университета Техаса в Далласе разработали гибкую солнечную батарею на основе металло-органического соединения, стоимость которой по меньшей мере втрое ниже кремниевых панелей, сообщает пресс-служба университета.

Разработанная учеными НИТУ «МИСиС» гибкая солнечная батарея

«Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова представила технологию создания тонкопленочного фотоэлемента на основе гибридного металл- органического соединения — перовскита, позволяющего преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%, при планируемых показателях более 20%… На сегодняшний день расчетная стоимость квадратного метра перовскитных солнечных панелей составляет менее 100 долларов США, тогда как квадратный метр лучших кремниевых обходится в 300 долларов США. В массовом производстве разница станет 4-6-кратной», — говорится в сообщении.

Солнечные батареи на основе кремния отличаются высокой стоимостью из-за высокотехнологичного, энергоемкого и токсичного производства кремния. Кроме того, они значительно более хрупкие и менее гибкие по сравнению с разработкой российских ученых. Особенность же перовскитной технологии в том, что активные слои солнечных элементов на его основе можно наносить из жидких растворов на тонкие и гибкие подложки. Это позволяет размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны: оконные полупрозрачные «энергошторы» домов и машин, фасады и крыши зданий, бытовая электроника и многое другое.

«Главным преимуществом гибридных перовскитов является простота их получения из обычных солей металлов и промышленных химических органических соединений, а не из дорогих и редких элементов, используемых в высокоэффективных полупроводниковых аналогах, таких, как солнечные батареи на основе кремния и арсенида галлия. Не менее важно, что материалы на основе перовскита могут быть использованы для печати фото-электроники не только на стекло, но и на другие материалы и поверхности. Это делает батареи гораздо дешевле, чем при более сложных способах получения тонкопленочных солнечных элементов», — сказал Захидов, слова которого приводятся в сообщении.

Существенное снижение стоимости производства солнечных батарей будет способствовать увеличению доли экологически чистых, возобновляемых источников энергии в общем энергетическом «пироге».

Российские ученые разработают пластичные солнечные батареи нового типа

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

ЕКАТЕРИНБУРГ, 4 апреля. /ТАСС/. Российские ученые планируют разработать первые опытные образцы пластичных солнечных батарей нового поколения к 2018 году, сообщил корр. ТАСС научный сотрудник Управления по научной инновационной деятельности Южно-Уральского государственного университета Олег Большаков. Проект реализуется при грантовой поддержке Российского научного фонда.

«Совместно с коллегами из московского Института органической химии мы работаем над созданием пластичных тонкопленочных солнечных батарей нового поколения уже в течение 1,5 лет. Первая партия материала для солнечных батарей уже готова, она будут тестироваться на протяжении 2-3 месяцев в специальной лаборатории при университете Эдинбурга в Шотландии», — сказал Большаков. «В России пока необходимых сертифицированных лабораторий нет, поэтому мы обратились к зарубежным специалистам. По плану к 2018 году мы выпустим первые опытные образцы», — добавил он.

По словам ученых, главная особенность солнечных батарей нового типа — органический светочувствительный материал. «Такие батареи не будут токсичными, также они не требуют большого количества светочувствительного материала — в 1000 раз меньше по сравнению с батареями предыдущих поколений, поэтому они будут и наиболее доступными по цене. По этим причинам разработки в этом направлении ведутся по всему миру. Но аналогов нашей технологии пока нет, так что реализация нашего проекта даст нам большие преимущества в альтернативной энергетики будущего», — добавил Большаков.

Он также отметил, что на данный момент специалистам предстоит выявить статистическую зависимость между структурой материалов и эффективностью. «Каждый фотоэлемент характеризуется двумя основными параметрами — устойчивостью и энергоэффективностью. Необходимо определить наиболее удачные варианты из тех, которые мы отправили в лабораторию, после чего их уже можно будет применять к различным поверхностям. Дальнейшая научная работа будет связана с усовершенствованием материалов», — пояснил ученый.

Получил партию солнечных панелей мощностью по 100 ватт, 12 вольт поли кристалл, в данном видео можно будет посмотреть насколько солнечные панели удешевили, чтобы поддержать низкую цену. В данном ролике я вам покажу первые недостатки, которые я увидел сразу на данной панели, после того как достал. Опять таки место на карте кончилось не в подходящий момент, отсюда часть я допишу текстом.

Солнечные элементы используются с КПД 22% и 4 шины на элемент, это хороший плюс, но если учесть что провода, которые стали устанавливать, обычная медь и реального сечения 2.5 квадрата, и при этом они не припаиваются, а завальцовываются. То, это либо минус, либо как бесплатный подарок. Так как МС4 коннекторы, которые используются на проводах, ну и сама коробка с резинками под IP65 сделаны из очень низкого качества пластика. Причем, если коробка сделана из еще терпимого качества пластика, то МС4 тут одноразовые. Если вы не планируете ставить на постоянную дислокацию на улицу, то тут еще можно смирится. А вот если вы берете подобные панели именно для постоянной установки, то тут сразу стоит запастись качественными проводами, заглушками под коробки и качественными МС4 коннекторами.

Зато провода в этой партии идут уже длинные, проверить или временно подключится пойдут. Но все таки рекомендую использовать другие коннекторы и провода хотя-бы 6 квадратов.

Что касаемо профиля панели, то тут явное удешевление почти в два раза по сравнению с панелями 2016 года. Зато наверно, это единственный производитель с такой демократичной ценой за солнечную панель на рынке. Ведь самое главное — это не провода и коробки или профиль, а именно стекло, бутерброд из пластика и Ева пленки, и солнечных элементы.

Более короткий тест солнечной панели 2017 года уже отснят и появится чуть позже. В этом ролике я даю информацию тем, кто еще тешит себя надеждой, что цена будет ниже, а панели все таки будут выше по качеству. К сожалению, стоимость панелей варьируется по разным факторам, и тут так же сильно влияет честность перекупщиков к завышению стоимости на единицу солнечной энергии, которая может быть не оправдано завышенной при низком качестве сборки панели.

Да и по качеству сборки солнечных панелей экспертов у нас мало, а чтобы что-то знать про панели нужно иметь представление о рынке и меняющихся тенденциях в сборке солнечных панелей. Узнай, как игроки казино зарабатывают на этом реальные деньги играя на игровых автоматах онлайн.

Данное видео снималось в день получения солнечных панелей, которые получила компания Эксморк в этом году.

Принципиально новый солнечный элемент, созданный в лаборатории НИТУ "МИСиС" под руководством приглашенного профессора из Университета Техаса Анвара Захидова, будет стоить в три раза дешевле лучших аналогов из кремния. А при массовом производстве разница станет 4-6-кратной. Это сулит настоящий прорыв в солнечной энергетике.

Впрочем, уже сегодня она бурно развивается, а планы вообще грандиозные. Так, Европа намерена к 2020 году довести вклад Солнца в общий объем электропотребления до 25 процентов, а к 2040 году до 40 процентов. Не менее амбициозные планы и у США: к 2020 году выработка солнечной электроэнергии в стране должна составлять 25 процентов.

Словом, ведущие страны делают ставку на Солнце. Правда, с одной оговоркой: пока она нуждается в серьезной подпорке государства. Ей предоставляются самые льготные условия для интенсивного развития.

Впрочем, высокая цена по сравнению с традиционными источниками энергии не единственный минус солнечного ватта. Само получение кремния, из которого изготавливаются солнечные батареи, создает массу проблем. Оно токсично, дорого, требует много энергии. Более того, такими батареями неудобно пользоваться: они жесткие, тяжелые и хрупкие, для установки нужны специальные прибамбасы. Словом, с ними много возни. Совсем другое дело - батарея гибкая. Ее можно раскатать как рулон на любой изогнутой поверхности. Что сразу расширяет сферы применения. Именно такие солнечные элементы впервые в России созданы учеными и инженерами МИСиС.

В них вообще нет кремния, что и позволило придать батарее необходимую гибкость, - объясняет сотрудник лаборатории Данила Саранин. - Это тандем из материала, который называется перовскит, и полупроводниковых полимеров. В отличие от дорогого кремния перовскит стоит копейки. Но главное преимущество такого тандема даже не в этом. Технология изготовления батареи из кремния очень сложна, для нее требуются глубокий вакуум и дорогостоящее оборудование. А наш метод намного проще и дешевле. Фактически солнечные элементы можно печатать на простых устройствах.

Старт перовскитной электронике дали японцы, которые впервые создали солнечный тандем с КПД 3,9 процента. В мире сразу же оценили перспективы, в гонку включилось множество ведущих зарубежных лабораторий, и сейчас КПД уже достиг 21,3 процента. Но если для кремния эта цифра почти близка к пределу его возможностей, преодолеть который не позволяют законы физики, то солнечный тандем способен на большее. Дело в том, что кремний собирает только небольшую часть видимого солнечного спектра, а тандем практически весь. Здесь и лежат перспективы роста.

Кроме того, мы намерены еще больше повысить КПД за счет своего другого ноу-хау, - говорит Саранин. - Если совсем просто, то суть в следующем. Наш элемент состоит из восьми слоев, то есть похож на сэндвич. Зачем столько? Свет не сразу превращается в электрический ток, для этого ему требуется пройти несколько каскадов преобразований. Так вот наши конкуренты соединяют все эти слои последовательно, плюс к минусу. Мы предложили иной вариант - соединять параллельно, плюс к плюсу, минус к минусу. Как показали эксперименты, это позволяет существенно поднять КПД.

Благодаря активному развитию технологий появляется все больше возможностей экономичного и безопасного способа отопления загородных домов. нового поколения - это возможность получения энергии от природных явлений, к тому же энергия солнца неиссякаемая.

Чем хороши?

Первые солнечные батареи появились давно. Сегодня эти системы модернизированы и усовершенствованы, поэтому есть возможность выбрать новые способы отопления. Солнечные батареи для частного дома имеют целый ряд преимуществ по сравнению с привычными способами обогрева помещений:

1. Ваше жилье будет обеспечено теплом ровно настолько, насколько вам это нужно.
2. Вы всегда будете держать под контролем баланс температуры в доме на том уровне, который комфортен для вас.
3. Ваша отопительная система будет полностью автоматической и не зависимой от того, как работают коммунальные службы.
4. Вы сможете существенно сэкономить на оплате энергии за счет того, что батареи отличаются большим сроком службы.

Конструктивные особенности

Нового поколения представляет собой фотоэлектрические ячейки, запакованные в общую рамку. Каждая ячейка создана из полупроводниковых материалов, чаще всего из кремния. Лучи попадают на металл, нагревают его, поглощая его же энергию. Под воздействием притока энергии внутри полупроводника высвобождаются электроны. Фотоэлемент дополняется электрическим полем. Его задача - направлять свободные электроны в определенном русле, и именно этот поток способствует образованию электрического тока. Сверху и снизу фотоэлемент можно дополнить металлическими контактами, благодаря чему ток будет направляться по проводам, что обеспечит работу и других устройств.

Как работает?

Солнечная батарея нового поколения в классическом виде имеет следующее устройство:

• батарея, которая служит генератором постоянного тока;
• аккумулятор, имеющий устройство, контролирующее заряд;
• инвертор, задача которого - преобразование постоянного тока в переменный.

Сама батарея - это солнечные элементы (их еще называют фотоэлектрическими преобразователями), благодаря которым солнечная энергия преобразуется в электрическую.

Принцип действия

Солнечные батареи для частного дома - выгодное и простое, хоть и дорогостоящее решение. Специлиасты отмечают, что, несмотря на большие вложенные средства, система оправдает эти затраты уже через год эксплуатации. К тому же использовать ее можно круглый год. Принцип действия солнечной станции сводится к следующему:

1. Основным источником энергии выступают солнечные лучи. Они попадают на панели - трубчатые радиаторы, которые убраны в короб. Его верхняя часть полностью остекляется и обращается к солнцу. Именно в этих коробах и копится которая передается дальше по системе.
2. Радиаторы можно сварить из стальных труб, причем нужно выбирать изделия разной толщины.
3. Стенки короба следует сооружать из досок определенной толщины и длины. Для дна используется фанера, оргалит, а усиление выполняется рейками. Важно, чтобы короб был тщательно теплоизолирован. Для этого утепляются пенопластом.

Учитываем нюансы

Конечно, солнечные станции - это выгодно, просто, удобно и универсально. Но стоит учитывать несколько особенностей их монтажа:

• целесообразно ставить солнечные батареи, если в вашем регионе много солнечных дней;
• установка системы стоит недешево, особенно если нужно снабдить энергией большой дом. Но солнечные батареи для дома отзывы получили хорошие как раз благодаря тому, что, несмотря на дороговизну, система окупается уже за первые годы эксплуатации;
• чтобы станция работала эффективно, важно, чтобы угол наклона кровли был не меньше сорока пяти градусов. Вокруг батарей не должно быть высоких зданий, деревьев, которые будут образовывать тень, мешая тем самым эффективной работе станции;
• при монтаже батарей на крышу учитывайте, что элементы системы имеют внушительный вес. А потому тщательно продумайте их расположение на кровле.

Виды и особенности

Солнечные батареи для частного дома могут быть представлены в виде малых или больших фотоэлектрических систем. Малыми считаются панели, аккумуляторы которых имеют напряжение максимум 24 вольт. Согласно отзывам таких систем хватает для получения энергии, количества которой достаточно для обслуживания телевизора или освещения в доме. Особенность больших систем - в возможности обеспечения электрической энергией дома средних размеров.

В стандартной комплектации батарея включает в свой состав солнечный вакуумный коллектор, контроллер (контролирует эффективноссть работы системы), насос, подающий теплоноситель к баку от коллектора, емкость для воды, тепловой насос и электрический ТЭН. При высокой мощности отопительной системы можно не только обеспечить дом горячей водой, но и монтировать теплый пол.

Что учесть?

Солнечные батареи на дачу могут стать но для достижения этой цели важно правильно монтировать ее. А для этого, во-первых, нужно исходить из количества проживающих в помещении, во-вторых, из площади жилья, в-третьих, из количества расходуемой энергии. Для отопления солнечными станциями загородного дома важно, чтобы его крыша имела угол ската не меньше тридцати градусов, а сама станция должна располагаться на самой солнечной стороне.

В чем преимущества батарей нового поколения?

Использование энергии исследуется уже не первым поколением ученых. Как следствие, была разработана современная солнечная батарея нового поколения. Ее уникальность в том, что она будет обеспечивать дом энергией даже при закрытом тучами небе. Для создания батарей использованы нанотехнологии на основе спектра волновых частот. Как следствие, подобные солнечные станции будут более экономичными, к тому же сама батарея представляет собой пленку, которую можно наклеить на любые предметы обихода. Как говорят отзывы, нужно устанавливать подобные станции на открытых местах с захватом больших площадей, что позволит вырабатывать большой объем солнечной энергии.

Еще более совершенной системой стали солнечные батареи нового поколения для дома, в основе которых - свинцовый перовскит заменен оловом. По словам разработчиков, такое технологичное решение приводит к тому, что коэффициент полезного действия батарей намного больше, чем при использовании свинца. Кроме повышения эффективности можно еще и снизить затраты на изготовление новых станций.

Tesla: что особенного?

Как отмечают разработчики, новые системы Powerwall хороши тем, что они будут аккумулировать энергию, поэтому их можно использовать даже в бессолнечные дни. В перспективее Соединенные Штаты Америки планируют полностью перейти на новые источники энергии нового поколения. Продажи аккумуляторов Powerwall уже начались!

Можно ли сделать самостоятельно?

Солнечные батареи для дома отзывы получили хорошие еще и благодаря тому, что их можно собрать в том числе и своими руками. Для этого нужно приготовить конструктивные элементы будущей станции:

• накопительный бак и аванкамера, которые будут располагаться на чердаке дома;
• уровень воды в камере должен быть выше уровня воды в баке как минимум на метр;
• солнечные коллекторы располагаются на южной стороне дома, на крыше, с соблюдением угла наклона в тридцать пять-сорок пять градусов;
• элементы системы конструкции соединяются двумя видами труб - дюймовыми и полудюймовыми;
• все соединения труб должны быть максимальными герметичными и теплоизолированными;
• солнечные системы отопления заполняются водой.

А как быть зимой?

Многие говорят о том, что можно использовать только летом солнечные батареи нового поколения. Фото показывают, что в зависимости от объемов площадей системы могут быть самыми разными по размеру. Что касается эксплуатации станций в зимнее время, то разработчики отмечают: основной источник их работы - это солнечный свет, а электромагнитное излучение будет достигать Земли в любое время года. Просто когда пасмурно, вырабатывается несколько меньше энергии. Солнечные панели будут эффективно работать даже при попадании на них снега. Но стоит понимать, что зимой эффективность систем все-таки ниже по сравнению с летней солнечной погодой.

20 лет назад электричество, добытое из солнечной энергии, казалось нам просто фантастикой. Но уже сегодня уже никого не удивишь.

Жители стран Европы давно поняли все преимущества солнечной энергии, и теперь освещают улицы, обогревают дома, заряжают различные приборы и т.д. В этом обзоре речь пойдет солнечных батареях нового поколения, созданных для облегчения нашей жизни и сохранения окружающей среды.

Типы СБ

Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите) Сегодня насчитывается более десяти видов солнечных устройств, которые используются в той или иной отрасли. Каждый вид имеет свои характеристики и эксплуатационные особенности.

Принцип работы кремниевых солнечных батарей: на кремниевую (кремниево-водородную) панель попадает солнечный свет. В свою очередь, материал пластины изменяет направление орбит электронов, после чего преобразователи дают электрический ток.

Эти устройства можно условно поделить на четыре вида. Ниже рассмотрим их подробнее.

Монокристаллические пластины

Монокристаллическая СБ Отличие этих преобразователей в том, что светочувствительные ячейки направлены только в одну сторону.

Это дает возможность получать самый высокий КПД - до 26%. Но при этом панель должна все время быть направлена на источник света (Солнце), иначе мощность отдачи существенно снижается.

Другими словами, такая панель хороша только в солнечную погоду. Вечером и в пасмурный день такой вид панелей дает немного энергии. Такая батарея станет оптимальной для южных районов нашей страны.

Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллическая СБ Пластины солнечных панелей содержат кристаллы кремния, которые направлены в разные стороны, что дает относительно низкий КПД (16-18%).

Однако главным преимуществом этого вида солнечных панелей - в отличной эффективности при плохом и рассеянном свете. Такая батарея все равно будет питать аккумуляторы в пасмурную погоду.

Аморфные панели

Аморфная СБ Аморфные пластины получают путем напыления кремния и примесей в вакууме. Слой кремния наносится на прочный слой специальной фольги. КПД подобных устройств достаточно низкий, не более 8-9%.

Низкая «отдача» объясняется тем, что под действием солнечных лучей тонкий слой кремния выгорает.

Практика показывает, что после двух-трех месяцев активной эксплуатации аморфной солнечной панели эффективность падает на 12-16%, в зависимости от производителя. Срок службы таких панелей не более трех лет.

Преимущество их в низкой стоимости и возможности преобразовывать энергию даже в дождливую погоду и туман.

Гибридные солнечные панели

Гибридные СБ Особенность таких блоков в том, что в них объединены аморфный кремний и монокристаллы. По параметрам панели похожи на поликристаллические аналоги.

Особенность таких преобразователей в лучшем преобразовании солнечной энергии в условиях рассеянного света.

Полимерные батареи

Полимерная СБ Многие пользователи считают, что это перспективная альтернатива сегодняшним панелям из кремния. Это пленка, состоящая из полимерного напыления, алюминиевых проводников и защитного слоя.

Особенность ее в том, что она легкая, удобно гнется, скручивается и не ломается. КПД такой батареи составляет всего 4-6%, однако низкая стоимость и удобное использование делает такой вид солнечной батареи очень популярной.

Совет специалистов: чтобы сэкономить время, нервы и деньги, покупайте солнечное оборудование в специализированных магазинах и на проверенных сайтах.

Новые разработки

С каждым днем технологии стремительно развиваются, и производство солнечных моделей не стоит на месте. Предлагаем ознакомиться с последними новинками на рынке солнечных систем.

Солнечная черепица

Солнечная черепица Дабы не испортить эстетику кровли дома и при этом получать бесплатную энергию солнца, можно рассмотреть вариант с покупкой солнечной черепицы. Этот отделочный материал состоит из достаточно прочного корпуса и встроенных фотоэлементов.

Кровельное покрытие вырабатывает достаточно энергии, которую можно использовать в бытовых условиях. При использовании такого материала-оборудования можно питать отдельно выделенную электросеть или сбрасывать электроэнергию в общую сеть.

В любом случае общие затраты на электроэнергию снижаются.

Лидером по производству солнечной черепицы является компания из России - «Инноватикс». Вот уже более десяти лет она продает высококачественные отделочные материалы со встроенными фотоэлементами.

Интересно, что такую черепицу тяжело отличить от обычного кровельного материала даже при близком расстоянии.

Преимущества солнечной черепицы:

1. Полупроводниковый материал, который используется при соединении фотоэлементов, сократили в 4 раза.
2. Инновационная система фокусировки солнечного света позволяет получать в 5 раз больше энергии.
3. Средний срок эксплуатации солнечной черепицы составляет 20 лет.
4. Относительно небольшой вес черепицы не имеет негативного давления на кровлю.
5. Прочность солнечной черепицы позволяет ее использовать при любых погодных условиях. Черепица спокойно выдерживает град и другие осадки.
6. Простота креплений позволяет надежно устанавливать черепицу в самые короткие сроки.

Солнечное окно

Солнечное окно Буквально три года назад на рынке солнечных технологий появилась новая разработка американских конструкторов из «Pythagorus Solar Windows». Суть инновации в том, чтобы использовать оконное стекло в качестве панели, добывающей солнечную энергию.

Подобные панели по полной используют в высотках европейских городов. Это позволяет существенно экономить электроэнергию.

Технология солнечных окон представляет собой использование фотоэлементов в виде кремниевых полос, встроенных между стеклами. Помимо того, что окна будут вырабатывать дополнительную электроэнергию, в дополнение окно будет защищать комнату от перегрева, задерживая солнечный свет. Внешне солнечные окна похожи на привычные жалюзи.

Другой производитель солнечных окон «Solaris Plus» предлагает использовать специальные стекла, обработанные специальным кремниевым напылением. Полосы будут преобразовывать солнечные лучи в электроэнергию, которая будет питать АКБ через полупрозрачные проводники.

Гибридные фотоэлементы

В 2015 году американскими конструкторами были разработаны гибридные фотоэлементы, позволяющие преобразовывать электроэнергию не только из солнечного света, но и тепла. Суть конструкции заключается в применении фотоэлементов из кремния и полимерной пленки «PEDOT».

Фотоэлемент фиксируется с пироэлектрической пленкой и соединяется с термоэлектрическим оборудованием, способным преобразовывать тепло в электрический ток.

Тестирование новой гибридной технологии показало, что новая термическая пленка способна вырабатывать в 10 раз больше электроэнергии, чем стандартная солнечная панель.

Системы на основе биологической энергии

Исследования, проводимые специалистами из университета Кембриджа, пока не дали конкретных результатов в области разработки солнечных систем нового поколения, преобразовывающих биологическую энергию (фотосинтез). Последние результаты показали КПД менее 0.4 %.

Но разработки не останавливаются, а ученые обещают, что в ближайшем будущем получать энергию от биологических солнечных систем.

Варианты таких батарей впечатляют:

1. Лампа дневного света, работающая от обычного лесного мха.
2. Электростанции в виде больших листьев.
3. Панели из растений для домашнего пользования.
4. Мачты из растений, из которых будут добывать электроэнергию и многое другое.

Надеемся на то, что в скором будущем гелиосистемы нового поколения будут использоваться по максимуму. Это даст возможность обеспечить электроэнергией каждый дом на планете, без вреда для окружающей среды.

Смотрите видео, в котором рассказывается о солнечных батареях нового поколения: