Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Первому кремниевому солнечному элементу исполнилось 70 лет
27.04.2024 [12:31],
Геннадий Детинич
25 апреля 1954 года американские исследователи представили прототип первого пригодного к практическому использованию солнечного элемента. Его КПД в то время составлял около 6 %. С тех пор многое произошло, а солнечная энергетика вышла на пик популярности. 
Солнечные элементы образца 1956 года. Источник изображения: John Marton, Wikimedia В момент демонстрации разработки 70 лет назад издание New York Times не скрывало энтузиазма: «Это изобретение может ознаменовать начало новой эры — использования почти безграничной солнечной энергии для нужд человеческой цивилизации». Но прошли десятилетия, прежде чем это пожелание обрело реальные черты. По-настоящему глобальный рост фотовольтаики начался в последние 10 лет. Так, если в 2004 году во всём мире установили солнечных панелей суммарной мощностью 1 ГВт, то к 2010 году более 1 ГВт панелей устанавливали каждый месяц. К 2015 году темпы выросли до 1 ГВт в неделю, а теперь это 1 ГВт в день. По мнению немецкой отраслевой ассоциации Bundesverband Neue Energiewirtschaft Association, в течение текущего десятилетия можно рассчитывать на ежегодный прирост солнечных мощностей на 1 ТВт в год. 
Изобретатели кремниевых фотопанелей за работой Более 70 лет назад перед американскими учёными Дэрилом Чапином, Джеральдом Пирсоном и Кэлвином Фуллером изначально ставилась задача разработать надежный источник энергии для удаленных телефонных систем, для которых обычные батареи были неэффективны. К тому времени уже были созданы солнечные элементы из селена, но их КПД был крайне низким для практического использования. Многомесячная работа учёных привела к созданию первого кремниевого солнечного элемента, пригодного к использованию в составе солнечного модуля. Он был представлен 25 апреля 1954 года. Заявленный на тот момент КПД составлял всего 6 %. Этот показатель медленно рос в течение нескольких десятилетий, совершив рывок только в последние 20 лет. Сегодня КПД кремниевого элемента приблизился к 25 %, что недалеко от теоретического предела для этого материала, но ему на смену идут новые технологии. Например, перовскитные и тандемные солнечные ячейки. 
Реклама первых коммерческих солнечных панелей Даже сегодня Bell Labs, которая тогда была частью компании AT&T (сейчас она работает под управлением Nokia Bell Labs), называет «солнечный элемент» одной из своих «величайших инноваций». Трое ученых были посмертно награждены за свое изобретение в 2008 году — их имена внесли в Национальный зал славы изобретателей США. Учёные создали дрон, который летает исключительно на энергии Солнца
19.04.2024 [16:13],
Геннадий Детинич
Исследователи из Линцского университета создали миниатюрный квадрокоптер, который для своего питания использует энергию исключительно от солнечных панелей. Тончайшие лепестки солнечных панелей из перовскита в 40 раз тоньше листа бумаги и вместе с креплением составляют лишь 5 % массы дрона. У них рекордный показатель соотношения вырабатываемой мощности к весу, что обещает появление интересных мобильных решений и гаджетов. 
Источник изображения: Nature Energy Перовскитные солнечные панели имеют большие перспективы в области фотовольтаики. Однако они пока в основном проявляют себя в лабораторных условиях, поскольку крайне чувствительны, например, к влажности. Для защиты экспериментальных солнечных элементов из перовскита учёные из Австрии покрыли их оксидом алюминия, а саму основу нанесли на полимерную плёнку. Общая толщина элемента составила 2,5 мкм, что является отличительной чертой перовскитных материалов. Всего на небольшом дроне с четырьмя электродвигателями (и винтами) было установлено 24 отдельных модуля, каждый площадью в 1 см2. Генерируемой этими элементами энергии оказалось достаточно для приведения в движение роторов и взлёта дрона. КПД панелей не отличался рекордными значениями — он был не выше 20 %. Но важным стал их маленький вес: каждая из ячеек весила чуть меньше 1 мг, а их доля в общем весе дрона была значительно ниже 1 %. Есть также учесть электронику и крепёжные материалы, то даже в этом случае вклад подсистемы питания остается ниже 5 % массы квадрокоптера. Нехитрые расчёты показывают, что соотношение генерируемой панелями дрона мощности к его массе составляет 44 Вт/г. Для сравнения, обычные солнечные панели из кремния для установки на частных площадках характеризуются соотношением 0,03 Вт/г. Согласитесь, разница есть и она колоссальная. Развитие этой разработки будет встречено с радостью ценителями мобильности во всех её проявлениях. В США разработали материал для солнечных панелей с внешней квантовой эффективностью 190 %
11.04.2024 [11:01],
Геннадий Детинич
На деньги Министерства энергетики США учёные из Лехайского университета (штат Пенсильвания) создали материал для солнечных панелей с невообразимой эффективностью. Благодаря разработке новые панели смогут вырабатывать до двух электронов на каждый поглощённый высокоэнергетический фотон, что намного выше теоретически предсказанного значения. 
Источник изображения: Ekuma Lab/ Lehigh University Следует подчеркнуть, что привычное значение КПД панелей и внешняя квантовая эффективность фотоэлектрического материала — это не одно и то же. При падении на панель часть фотонов отражается, а другая часть нагревает панель вместо возбуждения электронов. Тем самым теоретическое значение внешней квантовой эффективности (EQE) не может быть больше 100 %, на что указывает предел Шокли-Квиссера, а КПД панелей ещё меньше. Но что это за наука, если она не может шагнуть за пределы известного? «Эта работа представляет собой значительный скачок вперёд в нашем понимании и разработке решений в области устойчивой энергетики, подчеркивая инновационные подходы, которые могут переопределить эффективность и доступность солнечной энергии в ближайшем будущем», — сказал Чинеду Экума (Chinedu Ekuma), профессор физики, который является ведущим автором статьи в журнале Science Advances. Поиск нужной комбинации материалов сначала был проведён с помощью моделирования на компьютере. Затем, на основе полученных данных, был создан прототип, подтвердивший удивительные свойства материала. Образец в качестве активного слоя в кремниевой фотоэлектрической ячейки продемонстрировал среднее фотоэлектрическое поглощение в 80 %, высокую скорость генерации фотовозбуждённых носителей и внешнюю квантовую эффективность (EQE) на беспрецедентном уровне 190 %. Скачок эффективности материала во многом объясняется его отличительными «состояниями промежуточной зоны», специфическими уровнями энергии, которые расположены в электронной структуре материала таким образом, что делают их идеальными для преобразования солнечной энергии. Эти состояния имеют уровни энергии в пределах оптимальных энергетических диапазонов, в которых материал может эффективно поглощать солнечный свет и производить носители заряда — около 0,78 и 1,26 эВ (электрон-вольт). Кроме того, материал особенно хорошо проявил себя при высоких уровнях поглощения в инфракрасной и видимой областях электромагнитного спектра. В традиционных солнечных элементах максимальное значение EQE составляет 100 %, что соответствует генерации и сбору одного электрона на каждый поглощенный фотон солнечного света. Новый материал, как и ряд других перспективных материалов, продемонстрировал способность генерировать и собирать более одного электрона из фотонов высокой энергии, что обеспечивает увеличение теоретически возможного КПД панелей до двух и более раз. Хотя такие материалы с многократным генерированием экситонов еще не получили широкого коммерческого распространения, они обладают потенциалом для значительного повышения эффективности систем солнечной энергетики. В материале, разработанном исследователями Лехайского университета, состояния промежуточной зоны позволяют улавливать энергию фотонов, которая теряется традиционными солнечными элементами, в том числе за счет отражения и выработки тепла. Исследователи разработали новый материал с использованием «ван-дер-ваальсовых зазоров», атомарно малых промежутков между слоистыми двумерными материалами. Эти промежутки могут удерживать молекулы или ионы, и материаловеды обычно используют их для вставки или «интеркалирования» других элементов для настройки свойств материала. По сути в этих зазорах различные межмолекулярные силы, определяемые как силы Ван-дер-Ваальса, крепко удерживают нужные молекулы или атомы, как в случае нового материала. В частности, учёные поместили между селенидом германия (GeSe) и сульфидом олова (SnS) атомы меди нулевой валентности. «Его быстрый отклик и повышенная эффективность убедительно указывают на потенциал Cu-интеркалированного GeSe/SnS в качестве квантового материала для использования в передовых фотоэлектрических решениях, предлагая возможности для повышения эффективности преобразования солнечной энергии, — говорят разработчики. — Это многообещающий кандидат для разработки высокоэффективных солнечных элементов следующего поколения, которые сыграют решающую роль в удовлетворении глобальных потребностей в энергии». Деградация солнечных электростанций в США «соответствует ожиданиям», выяснили учёные
30.01.2024 [13:40],
Геннадий Детинич
Учёные Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в США провели исследования почти на 2500 объектах по выработке электричества от солнечного света. Несмотря на опасения, большинство фотоэлектрических систем за годы работы испытали минимальный ущерб от кратковременных экстремальных погодных условий и показали скромную деградацию, что обещает приблизить переход на возобновляемые источники энергии. 
Контроль качества солнечных панелей. Источник изображения: PVEL Изучению подверглись коммерческие и коммунальные солнечные электростанции по всей территории Соединенных Штатов, развёрнутые в период с 2008 по 2022 год. Были получены данные от 25 тыс. инверторов из 37 штатов. Исследования охватили почти 8 ГВт фотоэлектрических мощностей со средним временем эксплуатации 5 лет. С учётом того, что в 2022 году в США было чуть больше 100 ГВт установленной мощности солнечных электростанций, учёные изучили определённо меньше 10 % от работающих систем. Однако для качественной статистики этого вполне достаточно. Исследователи выяснили, что в среднем производительность фотопанелей снижается на 0,75 % в год, что соответствует аналогичным значениям, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях. Анализ показал, что системы в зонах с более высокой температурой демонстрируют вдвое большую потерю производительности, чем системы в более прохладном климате: на 0,88 % в год и 0,48 % в год соответственно. В целом, в 90 % исследованных систем потери производительности составляли менее 2 % в год. «Во-первых, это показывает, что наш парк фотоэлектрических систем в целом не выходит из строя катастрофически, а, скорее, деградирует скромными темпами в пределах ожиданий, — сообщили учёные. — Важно, чтобы мы как можно точнее определили этот показатель, потому что это небольшое, но ощутимое число используется почти во всех финансовых соглашениях, которые финансируют солнечные проекты, и обеспечивает важнейшие рекомендации для отрасли». Краткосрочное воздействие экстремальных погодных условий, таких как наводнения, сильные ветры, град, лесные пожары и молнии, в большинстве исследованных фотоэлектрических систем было минимальным. Средняя продолжительность отключения после экстремального погодного явления составила два–четыре дня, что привело к снижению среднегодовых показателей выработки на 1 %. В общей сложности в 12 системах из 6400 произошли отключения на две недели и более. Большинство отключений произошло из-за наводнений и дождей, за которыми последовали порывы ветра. В большинстве систем из набора данных произошел только один сбой, связанный с погодой. Критическими для выживания солнечных электростанций погодные условия возникли бы в случае увеличения градин свыше 25 мм, скорости ветра более 90 км/ч и снежного покрова более 1 м. При таких условиях солнечные панели чаще бы выходили из строя, на что должны обратить внимание производители фотопанелей, если они хотят повысить надёжность своей продукции. «Мы не считаем, что какой-либо из этих анализов свидетельствует о том, что фотоэлектрические системы ненадежны или особенно уязвимы к экстремальным погодным условиям. Фотоэлектрические системы продемонстрировали, что они могут обеспечивать резервное питание и спасать жизни, когда окружающая инфраструктура повреждена экстремальными погодными явлениями, — сказал исследователь NREL Дирк Джордан. — Тем не менее, есть дальнейшие меры, которые мы можем предпринять для улучшения качества оборудования и особенно передовых методов установки для повышения устойчивости к этим погодным явлениям». В целом исследование показало, что при переходе к возобновляемой энергетике на солнечные панели можно положиться. Однако хотелось бы обратить внимание на такой факт, как ускоренная деградация солнечных панелей после 10 лет эксплуатации, что не отражено в работе учёных из США, но фиксируется исследователями в других странах. В Австралии построят многоэтажку с окнами из «солнечного» стекла — оно генерирует электроэнергию и не только
11.01.2024 [20:53],
Геннадий Детинич
Новые технологии умного остекления пока не стали массовым явлением в современной архитектуре. Пожалуй, больше всего новостей приходит из Австралии, где даже зимой много солнца. Умное остекление оконных проёмов позволит экономить на охлаждении и отоплении зданий, а также оно способно вырабатывать электрическую энергию, совершенно не поглощая видимого света. 
Источник изображения: Hayball Architects Как сообщает австралийская ClearVue Technologies, архитектурное бюро Hayball Architects выбрало умные окна компании для остекления шестиэтажного здания, которое будет построено для одного из крупнейших австралийских профсоюзов CFMEU. По некоторым оценкам, пропускающие обычный свет умные окна помогут снизить энергопотребление здания на отопление и охлаждение до 70 %. По всей площади стёкол в стеклопакете BIPV нанесено некое нанопокрытие, которое переотражает инфракрасные и ультрафиолетовые лучи в солнечном спектре в сторону кромки окон, где размещены солнечные панели, чувствительные к этим диапазонам. Видимый свет проникает в помещение и создаёт там обычное комфортное для людей освещение. Благодаря своей структуре умные стёкла остаются чуть холоднее по отношению к окружающему воздуху, чем обычное стекло (на 3,5 °C днём). Это позволяет меньше тратить на кондиционирование воздуха в помещении, не говоря о том, что окна сами вырабатывают электричество. 
Умные стёкла BIPV размещены в левом проёме. Источник изображения: ClearVue Technologies Здание для профсоюза будет строиться в Мельбурне. Производством стекла, по-видимому, будет заниматься местная компания Melbourne Safety Glass. Стоимость проекта составит 12 млн австралийских долларов ($8 млн). Начинание может стать хорошей рекламой умному остеклению. Эта и подобные технологии давно рвутся в жизнь. 3M анонсировала гарнитуру PELTOR WS ALERT XPV с солнечными батареями в оголовье
11.01.2024 [20:07],
Сергей Сурабекянц
На выставке CES 2024 компания 3M представила «защитную коммуникационную гарнитуру» PELTOR WS ALERT XPV с запатентованной технологией подзарядки от встроенных в оголовье солнечных батарей. В партнёрстве со шведской технологической компанией Exeger производителю удалось оптимизировать тонкоплёночные солнечные элементы Powerfoyle для зарядки батареи. Правда, пока неясно, достаточно ли эффективна технология, чтобы полностью обойтись без розетки. 
Источник изображения: 3M Необходимо отметить, что, хотя 3M и не позиционирует свою гарнитуру, как игровую, технические характеристики представленного устройства вполне соответствуют уровню современных игровых моделей. Устройство 3M оснащено возможностью беспроводного подключения через Bluetooth, микрофоном с шумоподавлением и технологией «нажми и слушай» при помощи встроенных в корпус внешних микрофонов. К недостаткам новой гарнитуры можно отнести разве что излишнюю громоздкость, но это вполне компенсируется качеством звука и высоким уровнем громкости. И конечно, использование Bluetooth вместо выделенного беспроводного канала потенциально может привести к задержкам звука. Технология солнечных батарей развивается довольно быстрыми темпами, и уже сегодня можно увидеть на рынке примеры её реализации в периферийных устройствах для ПК, например, компания Logitech представила на рынке клавиатуры с питанием от солнечной энергии ещё в 2010 году. Учитывая продолжающиеся достижения в области портативности и производительности солнечных панелей и рост энергоэффективности устройств, можно предположить, что и более энергоёмкая периферия может стать полностью независящей от проводов и зарядных устройств. А если вспомнить, что некоторые беспроводные гарнитуры, например, HyperX Cloud Alpha Wireless, уже способны обеспечить до 300 часов автономной работы без подзарядки, то подобная перспектива представляется делом ближайшего будущего. Китай захватил лидерство в производстве доступных солнечных панелей — у США и Европы нет шансов на реванш
02.01.2024 [16:04],
Геннадий Детинич
Проведённый компанией Wood Mackenzie анализ мирового рынка производства солнечных панелей показал, что стоимость производства фотоэлементов в Китае рекордно снизилась. В совокупности с другими особенностями китайской экономики низкая цена на фотопанели привела к тому, что производители в США и в Европе перестали быть для Китая конкурентами на этом рынке и вряд ли станут ими в будущем. 
Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews «Китай является производителем самых дешёвых солнечных модулей в мире. Подсчёты цен на солнечные модули в долларах за ватт, сделанные в декабре, показывают, что удельная стоимость солнечных модулей в Китае составляет $0,15, что значительно ниже производственных показателей Индии ($0,22), Европы ($0,30) и США ($0,40)», — сказал Стивен Нелл (Steven Knell), вице-президент Wood Mackenzie и эксперт по энергетике и возобновляемым источникам энергии. В 2023 году стоимость производства солнечных модулей в Китае снизилась на 42 %. Цена в $0,15 за ватт стала настолько низкой на рынке, что никто в мире больше не может составить конкуренцию китайским производителям фотопанелей. За год китайские компании удвоили выпуск солнечных панелей по сравнению с совокупными показателями производства фотопанелей в США и Европе. Тем самым в Китае сегодня сосредоточено 80 % мировых мощностей по выпуску этой продукции. «Огромное преимущество Китая подразумевает, что усилия международных конкурентов по вытеснению китайских компаний из цепочек поставок [в сфере энергетики] из возобновляемых источников вполне могут оказаться тщетными. Перспективы появления доступных компонентов на рынке обнадёживают, учитывая текущую гонку мощностей, но конкуренты Китая вряд ли выиграют в ценовой войне. Китай уже выиграл гонку мощностей в области зелёных технологий», — заявил Кнелл в интервью DW. Самое интересное, что анализ показал незначительную зависимость стоимости производства фотопанелей в Китае от стоимости рабочей силы. «Исследование фотоэлектрической промышленности в США и Китае показывает, что доминирование Китая в производстве солнечных панелей обусловлено не столько более дешёвой рабочей силой и государственной поддержкой, сколько более масштабным производством и вытекающими из этого преимуществами для цепочки поставок», — сказал Кнелл. Это же подтвердило исследование, проведённое учёными NREL и MIT. Доминирующим фактором стали масштабы производства солнечных панелей в Китае, дополнительно обеспеченные доступом к инвестиционному капиталу и менее строгой деловой и нормативной средой. Теоретически многое из этого можно воспроизвести в США и в Европе. За одним исключением — достичь «китайских» масштабов производства солнечных панелей в Европе и США представляется маловероятным, что заставляет прийти к заключению, что Китай никто из них уже не догонит. Похоже, заключают эксперты, централизованный государственный капитализм в Китае даёт определенные преимущества для развития того или иного сектора экономики и промышленности. Panasonic проведёт испытания жилого дома с фотоэлектрическими окнами из перовскита
01.09.2023 [15:05],
Геннадий Детинич
Компания Panasonic сообщила, что первой в мире начинает долгосрочные демонстрационные испытания фотоэлектрического стекла на основе перовскита в окнах жилого дома. Испытания в «умном» городе Фудзисава продлятся до конца следующего года. Фотоэлектрические стёкла Panasonic будут вырабатывать электроэнергию и при этом оставаться прозрачными либо тонированными. 
Источник изображений: Panasonic Фотоэлектрические окна защитят от перебоев с поставками электричества, что обычно происходит во время частых в Японии стихийных бедствий, а также обеспечат экологически чистое снабжение энергией жилых помещений и офисов. Представленные компанией стёкла с функцией выработки электроэнергии приблизились к этапу массового производства в 2020 году, когда Panasonic анонсировала эту разработку.  По словам Panasonic, её фотоэлектрические стёкла на основе перовскита обладают самым высоким в мире КПД для солнечных фотоэлементов такого рода, который достигает 17,9 % для элементов площадью более 800 см2. По показателю КПД тонкие и лёгкие перовскитные стёкла компании приближаются к кремниевым солнечным панелям, но имеют такие преимущества, как прозрачность и очень малый вес.  На практике будет испытано достаточно небольшая площадь остекления. В экспериментальном доме компания застеклит «фотостёклами» одну лоджию с окнами на юго-восток. Размеры остекления составят 3876 мм в ширину и 950 мм в высоту.  Добавим, фотоэлектрические стёкла Panasonic производятся методом струйной печати с использованием лазеров для гравировки. В этом одно из главных преимуществ перовскитных соединений — они легко растворяются до состояния чернил для промышленных струйных принтеров. А струйное производство дешевле, доступнее и чище традиционных техпроцессов с травлением, которое сопровождает обработку кремниевых подложек для обычных фотопанелей. |
© 1997—2025 Электронное периодическое издание "3ДНьюс" | Свидетельство о регистрации СМИ Эл ФС 77-22224
выдано Федеральной Службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews. kz
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
