2020-01-14
81
Группа ученых из Калифорнийского университета рассказала журналистам, какими будут экономичные и гибкие солнечные батареи нового поколения в ближайшем будущем. После нескольких десятилетий работы над органическими фотоэлементами были изготовлены новые прототипы солнечных элементов, которые имеют легкий вес, гибкую подложку, низкую стоимость изготовления и технологическую эффективность. В настоящее время исследования проводятся именно над такими солнечными элементами.
Наиболее уникальным свойством органических фотоэлементов являются прозрачные проводящие электроды. Это позволяет свету взаимодействовать с активными веществами внутри элемента, генерируя при этом электричество. Сегодня для создания крупных сборок гибких солнечных элементов используют полимерные листы на основе графена (Графен - двумерная аллотропная модификация углерода, слой атомов углерода толщиной в один атом. Графен является двумерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решётку). Эти листы используются для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, обеспечивая полчение дешевой солнечной энергии.
Группа исследователей под руководством Chongwu Zhou, профессора электротехники из USC Viterbi School of Engineering выдвинула теорию, что графен как атом-лист толщиной в один атом углерода без труда может быть интегрирован в очень гибкие листы полимера, из которых, после нанесения термо-пластического слоя защиты, можно формировать ячейки органических солнечных элементов. А т.к. методом химического осаждения паров, качественный графен могут теперь получать в достаточном количестве - цена таких солнечных батарей - минимальна.
Традиционные кремниевые солнечные элементы пока что более эффективны. Так, с их помощью 14 Вт электроэнергии будут генерироваться с 1000 Вт солнечного света, при этом органические солнечные батареи позволяют получить всего лишь 1,3 Вт энергии с 1000 Вт солнечного света. Но органические солнечные батареи будут компенсировать это за счет таких преимуществ как гибкость и ментшая стоимость.
По словам Gomez De Arco, может быть, в один прекрасный день можно будет запустить печатные машины для изготовления гибких органических солнечных элементов и это будет похоже на печать обыкновенных газет. Такие органические фотоэлементы могут быть как шторы висящие в домах, из них даже можно сделать ткань и носить как энергетическую одежду.
Гибкость ячеек таких солнечных элементов дает дополнительное преимущество, они будут работать и после многократных изгибов в отличие от Indium-Tin-Oxide солнечных элементов. Низкая стоимость, электропроводность, стабильность, совместимость электродов с органикой и доступность наряду с гибкостью - все это дает ячейкам из графена решительные преимущества перед другими солнечными батареями.
Способы преобразования солнечной энергии.
Очень давно ещё древние греки использовали солнечную энергию для обогрева жилища. В 19 веке впервые изобрели солнечный коллектор, с помощью которого нагревали воду.
Нынешняя энергетика на основе солнечного тепла носит название гелиоэнергетика, и начала развиваться она только в середине 20 века.
Солнечную энергию можно преобразовать в электрическую или тепловую с помощью трёх технологий:
Чаще всего используется вариант снабжения теплом при помощи солнечных коллекторов - водонагревателей. Их устанавливают в неподвижном состоянии на крышах домов так, чтобы сохранялся определённый угол к горизонту. Теплоносителем может служить воздух, вода или антифриз. Это вещество нагревается на 40-50 градусов больше температуры окружающего пространства, что и обеспечивают вышеупомянутые коллекторы. Но такие устройства могут применяться не только для обогрева. Ими кондиционируют воздух, сушат продукты сельского хозяйства и даже делают пресной морскую воду. Япония и США на сегодняшний день - лидеры по закупке таких солнечнообогревательных систем. Но на Кипре и в Израиле этих установок несколько больше из расчёта на одного человека. В Израиле, например, 70% населения пользуются такой солнечной энергией, и всех их обеспечивает 1 млн. коллекторов. Индия и Китай тоже не обходятся без этого. В некоторых странах Африки солнечные коллекторы используются в основном, чтоб запустить насосные установки.
При втором способе солнечная энергия трансформируется не в тепловую, а в электрическую. Этот процесс осуществляют солнечные батареи на основе кремня, так называемые фотоэлектрические установки. Подобные устройства использовались на космических кораблях. Впервые такая система была запущена в Калифорнии. Сейчас же третью рынка фотоэлектрических элементов управляет Япония. Хотя такая электроэнергия всё ещё очень дорого стоит, в некоторых странах ею успешно пользуются.
Третий способ тоже преобразовывает энергию Солнца в электричество. Это осуществимо с помощью параболических или башенных солнечных электростанций.
