Что заменяют солнечные батареи

Найден способ создания дешевых и производительных солнечных батарей нового типа

Солнечные элементы питания, несмотря на свою привлекательность, все еще не получили широкого распространения по целому ряду причин. Особенно если речь идет не об обычных батареях, а о перовскитных солнечных элементах. Это довольно перспективная, но при этом дорогая технология, однако объединенная группа исследователей из Литвы и Германии вполне может сделать их доступными, разработав дешевый и простой метод их изготовления.

Для начала пару слов о перовскитных солнечных батареях. Перовскит – это минерал с особой структурой кристаллической решетки. Он богат содержанием примесей титана, ниобия, железа, церия, кальция, тантала. Структура перовскита настолько уникальна, что на ее основе можно создавать целый ряд материалов с различными свойствами. От высокотемпературных сверхпроводников и полупроводников до наноструктур. Все такие вещества получили название перовскитные материалы.

Перовскит в солнечных панелях заменяет собой кремний и считается, что такие солнечные элементы гораздо более перспективны в силу большего потенциала по преобразованию энергии. Как передает издание Science Daily, исследователи из Каунасского технологического университета (Литва) и Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Германия) разработали новый подход к созданию селективного слоя в перовскитных солнечных элементах. Молекула, синтезированная учеными, самостоятельно собирается в монослой, который может покрывать различные поверхности и может функционировать как «канал передачи энергии» в перовскитном солнечном элементе. Новая молекула может равномерно покрыть любую поверхность, включая текстурированные поверхности солнечных панелей.

«То, что создали мы — это не полимер. Это более мелкие молекулы, образующие очень тонкий монослой. Он формируется за счет погружения поверхности в раствор электролита, что делает этот способ значительно дешевле существующих альтернатив. Кроме того, синтез нашего соединения является гораздо менее длительным процессом, чем процесс синтеза полимера, обычно используемого в производстве перовскитных солнечных батарей.» — говорит Эрнестас Каспаравичюс, аспирант химического факультета Каунасского технологического университета.

Тестированием нового материала занималась уже команда немецких ученых.

«Мы изучали использование самоорганизующихся молекул для формирования слоя электрода толщиной 1-2 нанометра, равномерно покрывающего всю поверхность. Новый материал мы смогли успешно применить и создать на его основе первый функционирующий солнечный элемент с однослойным селективным контактом.»

По заверению специалистов, используя метод самосборки монослоя возможен не только чрезвычайно низкий расход материала, но и высокая эффективность преобразования энергии, достигающая порядка 18%. Также при использовании самосборного монослоя в перовскитных ячейках не требуется никаких добавок для повышения производительности. Более того, оптимизировав работу материалов, в ходе последующих испытаний удалось повысить их эффективность до 21%.

Эту и другие новости вы можете обсудить в нашем чате в Телеграм.

Источник

Солнечные батареи: повсеместно и для всех

Развитию солнечной энергетики уделяет внимание всё больше стран, всячески способствуя открытию новых мощных солнечных электростанций (СЭС). Их основу представляют панели, составленные из специальных фотоэлементов. Именно последние преобразуют энергию солнца в электричество. Кроме как в СЭС, солнечные батареи могут использоваться в самых разных областях

Как применяются солнечные батареи

Фотоэлементы удобны тем, что могут быть размещены на любой поверхности или встроены в различные устройства. Главное, чтобы на них попадало достаточное количество света.

Из этой части вы узнаете, как солнечная энергия используется в домах, для зарядки электроники, на улицах городов и в медицине.

Жилые помещения

Солнечные батареи для дома пользуются популярностью уже не первый год.

Для питания частного дома или дачи нужен следующий набор оборудования:

• солнечные панели;
• контроллер заряда;
• аккумулятор;
• инвертор.

На практике всё выглядит так:

1. Солнечный свет поглощается элементами панелей, которые в итоге выдают постоянный ток. Для нужд одного дома обычно нужно около 20 панелей. Их точное количество рассчитывается в зависимости от количества потребителей и уровня солнечного излучения в конкретном регионе.
2. Аккумуляторы накапливают поступающую энергию. Это позволяет обеспечивать стабильное питание для электроприборов в ночное время или во время облачной погоды.
3. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, от которого работает большинство домашней техники.
4. Контроллер заряда играет одну из ключевых ролей в этой схеме – защищает аккумулятор от перезаряда или полной разрядки, а также обеспечивает подачу тока к инвертору или потребителям постоянного тока.

Читайте также: Изобретения Николы Теслы, изменившие мир. Во многом именно благодаря вкладу этого человека для передачи электричества используется переменный ток.

Сами панели обычно устанавливаются на крыше дома и/или на специальные опоры. Некоторые жители многоквартирных домов также умудряются использовать солнечную энергию.

Уже сегодня доступны варианты с выбором самых разнообразных текстур. То есть дополнительно солнечные батареи начинают выполнять декоративную функцию.

Интересный факт! Стандартная домашняя солнечная система в год экономит до 1200 кг углекислого газа.

Отдельное внимание заслуживает кровельный материал с интегрированными фотоэлементами. Речь идёт о черепице Solar Roof, разработанной компанией Tesla. Это современное и долговечное решение для дома.

Окупается установка солнечных батарей через 3-4 года. При этом в дальнейшем вы получаете источник бесплатного электричества, требующий минимального обслуживания.

Зарядные устройства и портативные источники питания

Особую популярность последнее время приобрели небольшие переносные блоки с фотоэлементами. Наиболее востребованы они среди любителей вылазок на природу. Так каждый может закупить необходимое количество небольших панелей и собрать свою переносную мини-электростанцию.

А так может выглядеть самодельная солнечная зарядка:

В походе от неё можно заряжать телефоны, фотоаппараты и прочую электронику. Можно зарядить и Power bank на случай, если понадобиться источник питания ночью или в пасмурную погоду. Кстати, сегодня и сами Павербанки оборудуются солнечными модулями.

Фотоэлементы встраиваются в самые разнообразные походные принадлежности. Например, на том же Алиэкспрессе без проблем можно отыскать рюкзак с солнечной панелью.

Или даже целую палатку.

Кстати, не забывайте использовать кэшбек, заказывая что-то в Интернете. Об этом у нас есть отдельная статья.

Заканчивая тему оригинальных источников энергии, стоит упомянуть такое интересное решение, как солнечная розетка. Она крепится на стекло, освещаемое солнечными лучами. Понятно, что для бесперебойного питания бытовой техники она не подходит, но для подзарядки гаджетов это отличный вариант.

Энергосбережение на улицах городов

Солнечные батареи повсеместно используются в обустройстве городов всего мира. Они питают фонари, светофоры, вывески, терминалы и многоженство других уличных объектов.

В некоторых странах часто можно увидеть уличные деревья с солнечными панелями, которые вырабатывают энергию для подзарядки смартфонов, раздачи Wi-Fi и освещения улиц.

Отельное внимание заслуживает интеграция фотоэлементов в дорожное покрытие. Примером тому проект Solar Roadways. Идея в том, чтобы постепенно заменить весь асфальт на специальные экопанели, которые будут не только перерабатывать солнечную энергию в электричество, но и выполнять ряд других задач:

• растапливание снега;
• «умная» дорожная разметка;
• подсветка в тёмное время суток;
• отвод и фильтрация дождевой воды;
• подсветка всех объектов на дороге: автомобили, люди, животные и пр.

• 
• 
• 

Пока проект на стадии разработки.

Другой пример – это SolaRoad – уже готовая велосипедная дорожка из солнечных панелей. Находится она в городе Кроммени (Нидерланды). Дорожка состоит из модулей 2,5 x 3,5 м, а общая её протяжённость – 90 м. Выработанная энергия используется для освещения улиц и поступает в городскую электросеть.

Медицина

Жители отдалённых регионов Африки нуждаются в качественном медицинском обслуживании и лекарствах. Оптимальным решением стали мобильные клиники, которые перемещаются от поселения к поселению с помощью верблюдов. Из-за особенностей рельефа другой транспорт здесь использовать нельзя.

Главной проблемой всегда была перевозка препаратов в условиях высокой температуры – без охлаждения они быстро приходят в негодность. Решением стало использование холодильников, которые питаются от солнечных батарей. Всё необходимое устанавливается на верблюда с помощью специальной бамбуковой рамы.

Другой интересный пример – это фотоэлементы, для вживления под кожу. Сегодня для замены батарей различных имплантатов, например, кардиостимулятора необходимо проводить вмешательство в организм. Если для питания использовать аккумуляторы, заряжающиеся от солнца, то регулярно менять батареи не придётся. Подкожная пластина в несколько раз тоньше волоса и имеет площадь 0,07 см 2 .

По итогу

Солнечные панели сегодня находят применение буквально везде. Несомненно, что на данном этапе не все перечисленные проекты эффективны и финансово оправданны. Но такие примеры доказывают, что будущее солнечной энергетики не так туманно, и рано или поздно человечество слезет с «нефтяной иглы» и перестанет отравлять атмосферу.

Обязательно ознакомьтесь со второй частью, где мы рассматриваем электромобили на солнечной энергии, возможность строительства космической солнечной электростанции и множество необычных решений с использование солнечных батарей.

Источник

Аналог солнечной батареи, или как получить энергию из тени

Пока коронавирус ещё блуждает по планете, народ сидит по домам, а некоторые компании задумываются о том, чтобы перенести работу на «удалёнку» навсегда. Но если все будут сидеть по домам, то стоит ли людям задуматься о том, чтобы сделать из своего дома независимую крепость? Ответ на этот вопрос сугубо личный для каждого, но если кто-то из вас заинтересован в этом, то вам понравится новая разработка от сингапурских учёных. Их изобретение позволило добывать энергию из тени.

Солнечная энергия пока используется довольно мало, а зря

Как работают солнечные батареи?

Вообще есть два типа устройств на солнечной энергии. Одни называются солнечными батареями, а другие солнечными коллекторами. В чём между ними разница?

Солнечная батарея — объединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Солнечный коллектор собирает тепло, нагревая теплоноситель.

Солнечный коллектор — слева и солнечная батарея — справа

Генератор на теневом эффекте

В период солнечного минимума учёные из Сингапура предложили нечто иное. Прибор работает на контрасте света и тени, преобразую этот самый контраст в электричество. Для удобства генератор прозвали SEG (shadow effect energy generator). Контраст вызывает разницу потенциалов — необходимое условие возникновения тока.

SEG представляет собой набор ячеек на прозрачной пластиковой пленке. Данные ячейки ничто иное как золотая пленка на кремниевой пластине. Что удивительно, несмотря на наличие золотой плёнки, SEG выходит дешевле, чем просто кремниевые аналоги. Но на этом плюсы не заканчиваются. Проведя эксперименты, стало ясно, что в условиях переменной освещенности SEG в 2 раза эффективнее солнечных батарей, причем максимальное количество электричества удалось получить, когда половина поверхности была освещена, а другая половина находилась в тени. Худшие результаты зафиксированы при полной освещённости и полной тени.

Возможно, вас заинтересует: что случится с Солнцем в будущем?

На данный момент, SEG создавался под смартфоны и мелкую бытовую электронику, требующую периодической подзарядки. Из-за ориентированности на переменную освещенность, теневой генератор должен заменит солнечные батареи в домах.

Ещё в SEG обнаружилась интересная особенность, которая открывает для него немного иной рынок. В связи с тем, что генератор мониторит изменение освещённости, он может служить автономным датчиком движения. Учёные провели очередной эксперимент, и догадка подтвердилась. Когда человек или домашнее животное отбрасывают даже прерывистую тень датчик запускается и ведёт запись. Для систем сигнализаций это может стать интересной альтернативой обычным датчикам и камерам, так как SEG полностью автономен.

Если вы соблюдаете карантин и редко выходите из дома, рекомендуем вам посетить наш телеграм-канал, чтобы не упустить ни одной важной новости!

Работа по улучшения генератора продолжается: сейчас ученые пробуют заменить золото другим материалом, чтобы ещё снизить себестоимость.

Где можно применить новый генератор на теневом эффекте?

Генератор на теневом эффекте

Первое, что приходит в голову — установка на электромобили, которым на нашем сайте выделен целый раздел. Так как в реалиях жизни не бывает такого, что все автомобили всегда стоят полностью освещёнными. Где-то тень отбрасывает дом, где-то дерево, а иногда солнце просто смещается в течение дня, и освещённость падает. При условии, что таких «проблем» при массовом использовании будет много, плюс вдвое более эффективные показатели SEG сыграют свою роль, и данная технология может быть глобализирована.

Могут ли быть глобализированы электромобили, и как данный процесс продвигается в России? Не знаете, читайте тут

Второе — замена нынешних солнечных батарей на рынке. На данный момент, солнечные батареи стоят настолько дорого, что даже при условии получения желаемой автономности, окупаться они будут крайне долго. В некоторых случаях, период отбивания средств достигается через 10-20 лет. Если SEG вдвое более эффективен, то игра, возможно, будет стоит свеч. Получится ли реализовать задуманное у сингапурских учёных, узнаем в ближайшее время.

Есть надежда, что данное изобретение станет шагом к экологически чистому будущему, ведь, в отличие от большинства «зелёных» изобретений, SEG не стоит как самолёт, а наоборот дешевле и работает лучше. На мой взгляд, если Сингапур не пожадничает и сделает данный генератор доступным для всех слоёв населения, то он молниеносно завоюет рынок.

Вы уже пользуетесь солнечными батареями? Если да, поделитесь в комментариях или нашем телеграм-чате, как вы расцениваете новую разработку сингапурских учёных, и приобретёте ли вы для личных целей такой генератор?

Источник