Альтернативная энергия Альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты.
Кремниевые солнечные батареи
«Кремниевые солнечные батареи» Глиберман А.Я., Зайцева А.К., 1961 г., Госэнергоатомиздат.
В книге изложены физические принципы работы кремниевых фотопреобразователей солнечной энергии в электрическую, рассмотрены электрические и спектральные характеристики приборов и факторы, влияющие на величину к.п.д. преобразователя, охарактеризованы особенности использования солнечных батарей, описан ряд конструкций батарей и приведены примеры их применения в различных областях науки и техники.
Книга предназначена для подготовленных радиолюбителей и может быть полезна студентам, техникам и инженерам.
Вы можете скачать книгу «Кремниевые солнечные батареи» — по этой ссылке .
Глава первая: Природа и мощность солнечного излучения.
1. Солнце как сточник энергии.
2. Интенсивность солнечного излучения на поверхности Земли.
Глава вторая: Поглощение света и различные типы фотоэлементов.
3. О природе света.
4. Поглощение света в металлах и чистых полупроводниках.
5. Примесная проводимость в полупроводниках.
6. Фотоэлементы.
Глава третья: Принцип работы фотопреобразователя.
7. Электронно-дырочный переход.
8. Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую.
Глава четвертая: Основные характеристики фотопреобразователя.
9. Вольт-амперная характеристика и эквивалентная схема фотоэлектрического преобразователя.
10. Интегральная и спектральная характеристика кремниевого фотоэлектрического преобразователя.
Глава пятая: Факторы, влияющие на КПД фотопреобразователя.
11. Общие замечания.
12. Факторы, обсуловленые несовершенством фотопреобразователя.
13. Факторы, зависящие от условий эксплуатации.
Глава шестая: Солнечные батареи и их эксплуатация.
14. Основные этапы изготовления кремниевого фотоэлектрического преобразователя.
15. Способы коммутации фотопреобразователей и примеры конструкций батарей.
16. Особенности эксплуатации солнечных батарей.
17. Примеры применения солнечных батарей.
Источник
Кремниевые солнечные батареи зайцева
А. Я. ГЛИБЕРМАН и А. К. ЗАЙЦЕВА
В последние годы проблема использования солнечной энергии привлекает все большее внимание ученых и инженеров. Повышение интереса к этой проблеме вызвано ее перспективностью. Есть основания надеяться, что энергетика, по крайней мере в солнечных областях зем ного шара, в значительной мере сможет развиваться за счет прямого преобразования солнечной энергии в другие виды энергии.
Особенно ‘привлекательны те способы использования солнечной энергии, при которьих она непосредственно превращается в электрическую анергию (без предварительного преобразования в тепловую и механическую). Известны три способа такого преобразования: термоэлектрический, фотогальванический и фотоэлектрический.
При термоэлектрическом методе преобразование идет по схеме: солнечная энергия -* теплоэлектрическая энергия; іпри фотогальваническом: солнечная энергия—> химическая энергия —*электрическая энергия; при фотоэлектрическом: солнечная энергия -* электрическая энергия.
Термоэлектрический ‘метод представляет большой интерес, так как в связи с последними успехами в области разработки теории и практики использования полупроводников удалось создать термогенераторы, имеющие к. п. д. более 8%’.
Фотогальванический метод основан на том, что в некоторых гальванических системах под действием солнечного света происходят химические реакции, сопровождающиеся образованием э. д. с. Однако этот метод находится еще в начальной стадии своего развития.
Особое внимание сейчас привлекают работы по солнечным фотоэлементам. Еще в 1953 г. считалось, что максимальный к. п. д. солнечных фотоэлементов может составлять не более 0,6%. Но уже в 1955 г. была изготовлена солнечная батарея, к. п. д. отдельных элементов которой достигал 10%- В настоящее же время имеются работы, в которьих указывается, что к. п. д. кремниевых фотоэлементов теоретически, с учетом потерь, может ‘быть увеличен до 15%- Это значит, что при солнечной интенсивности 1 ООО втім2 можно будет ‘получить 150 вт электроэнергии с 1 м2 освещенной солнцем ‘поверхности. Изготовляемые в настоящее время фотоіпре- образователи имеют к. п. д. 6—10%’.
Приведенные цифры говорят о том, что задача прямого преобразования солнечной энергии в электрическую становится реальной не только с точки зрения создания маломощных источников питания переносной аппаратуры, но и для сооружения энергетических установок общего назначения.
Источник
«Изобретатель? На нары!»
Кубанский молодой ученый изобрел сверхдешевые солнечные панели, за что едва не сел на 11 лет.
Изобретатель уникальных солнечных батарей Дмитрий Лопатин востребован по всему миру, кроме своей исторической родины
Дело закрутилось из-за злосчастного литра растворителя, который краснодарец заказал по почте из Китая.
Корреспондент «Новых Известий» Людмила Бутузова разыскала Дмитрия Лопатина и поговорила с ним.
— Я как раз сейчас в своей «деревне» — в Краснодаре. Приехал на несколько дней – здесь родители, и дела тоже здесь. 70% производства нашей компании «Фотохимэлектроникс» по-прежнему сосредоточено в России. Продолжаем усовершенствовать солнечные батареи, мое присутствие иногда требуется. Раньше мы летали туда-сюда постоянно, перевозили запчасти и разработанные детали из одной лаборатории в другую. Сейчас все отлажено, приезжаем только по необходимости.
— Пока системной работы в Индии у нас не получилось. Был период в 2015 году, когда мы получили около 20000 евро от индийских инвесторов и одной австралийской компании. Уезжали туда сразу после уголовного дела, всей командой – технический директор Олег Баранов, химик Елизавета Коржова. С ноября 2015 по июль 2016 мы работали вместе с индийскими предпринимателями и учеными в национальной физической лаборатории. Привезли свой принтер и собрали его в Нью-Дели. Дело пошло, и потребность в дешевых и легких солнечных батареях на территории Индии большая. Но проект прекратился из-за ухода инвестора из Австралии. Пришлось возвращать принтер обратно в Краснодар (второго экземпляра у нас не было).
К тому времени про нас уже узнали в Германии, благодаря публикации в «Шпигеле». Весной 2016 года мы получили предложение от немецкой компании RIVA Engineering , расположенной рядом со Штутгартом, она занимается разработкой фасадов для зданий крупных компаний. Сейчас они делают фасад для мечети в Мекке, и им нужно организовать производство солнечных батарей и установить принтер рядом с производственными мощностями компании.
До сегодняшнего дня мы этим в Германии и занимались. Собрали принтер, проработали технологию производства перовскитных солнечных батарей , которыми занимались ранее, сосредоточились на легких и гибких батареях для тентов. Кроме принтера , нам пришлось разработать и установку для изготовления наночастиц для чернил на ультразвуке и гиперзвуке, поскольку обыкновенная печать из чернил оказывалось зачастую слишком дорогой. Мы попробовали решить эту задачу и снизить себестоимость в 30 раз. Разработали прозрачные солнечные батареи , которые пропускают видимый свет и используют инфракрасный свет (тепло). Если их устанавливать на окна, то тепло не идет внутрь, а вырабатывает энергию для питания зданий(около 100 Вт с квадратного метра). Такая разработка в первую очередь важна для небоскребов в странах с жарким климатом — Индия , Сингапур, Арабские Эмираты. Сейчас мы прорабатываем технологию их производства.
Работа ведется параллельно в российской и немецкой лабораториях. Дома у нас умелые ручки, а в Германии проще с покупкой многих видов оборудования и хорошо с логистикой. Мы практически все заказывали в интернет-магазинах и заказы нам приходили в течение 1-2 дней.
Контракт в Германии скоро заканчивается. Будем перебираться во Францию, откуда нам тоже поступили предложения.
— Как вам сказать… Уголовное дело против меня прекращено, судимость, вроде бы, снята. В Индии и Германии об этом знают и вопрос не педалируется. А вот США мне отказали в рабочей визе. Год тянули, проверяли… С приходом Трампа там очень серьезно ужесточились правила въезда для иностранных специалистов. Ну что-то типа – «и этих нам не надо, и те то же не нужны»… Жаль, там очень хорошие возможности для работы — много дешевого оборудования, доступность реактивов. В Европе и США тоже многие вещи запрещены, но там за простой заказ не будут на изобретателя надевать наручники. И не надо самим искать по всему миру нужный раствор – на это есть специальные фирмы, которые за день- два доставляют все необходимое и отвечают за то, чтобы в содержимом не было «запрещенки».
— Я не очень силен в юриспруденции. Просто чувствую, что не все угомонилось с этим делом. В течение полугода после снятия обвинений, в правоохранительные органы продолжали поступать анонимки, что к Лопатину отнеслись слишком либерально, надо получше проверить его фирму, не исключено, что наркотики они там все-таки бодяжат и т.д.. Когда уголовное дело было прекращено и мне дали возможность выезжать за границу, я год не был дома, да и некоторое время не афишировал свои визиты. Никто тогда не знал, что еще взбредет в голову прокуратуре и на какой еще провокации она захочет отличиться.
— Многие реактивы, с которыми мы работаем, канцерогенны, при длительном использовании вызывают раковые заболевания. Потому я стал искать замену растворителю, читал иностранные научные публикации на эту тему, и нашел такой растворитель в Китае. В свойствах было указано, что он не обладает высокой биологической активностью, не токсичный. Кстати, Китай продает бутиролактон огромными объемами – в емкостях по 50-100 литров. Мне было нужно несколько капель – просто проверить, улучшится ли печать принтера с этим препаратом. В одном китайском интернет-магазине чудом нашел литровую бутылку, меньше не было. Сделал заказ в начале мая. Через полтора месяца он пришел, хотя обычно доставляют за две недели. К тому моменту я уже частично решил проблему, и не торопился получать посылку. Но тут начались какие-то странные звонки с почты, пожилая женщина чуть не плакала, что ее лишат премии, если я не заберу свой заказ, просила поторопиться. Все это выглядело как-то подозрительно… На 6-й раз я не выдержал, собрал документы и пошел на таможню. Пока заполнял бумаги, подошли сотрудники службы таможенного контроля. Я им все объяснил, как и для чего я покупал вещество. Они попросили подождать, и через некоторое время надели на меня наручники и предъявили обвинение — якобы изготавливаю наркотики, и должен выдать своих подельников.
Где-то полтора месяца ничего не происходило, у меня подошли сроки командировки в Индию для демонстрации образцов солнечных батарей. Я уехал. Признаюсь, даже подумывал о том, стоит ли возвращаться, т.к. понимал, что это обвинение грозит большим сроком. Но одномоментно перевезти людей и работу всего проекта туда было невозможно, потому я, конечно, вернулся. Когда началось следствие, с меня взяли подписку о невыезде. Это очень осложнило жизнь – я не мог присутствовать на зарубежных конференциях, не мог встречаться с потенциальными инвесторами, заинтересованными в наших разработках. Следователь была адекватным человеком, но она не могла повлиять на ход дела, не могла его закрыть. Вначале я думал, что за неимением доказательств дело быстро стухнет: ведь я эту несчастную бутылку даже в руках не держал, у меня просмотрели ноутбук и телефон, провели обыск дома – никакого компромата. Также я добровольно прошел проверку на детекторе лжи, в ходе которого подтвердилось, что я никак не связан с наркотиками, их изготовлением и сбытом.
Но дело близилось к суду. Представители обвинения на слушания почему-то не являлись, таможенники и «Почта России» — тоже, заседания постоянно переносились. Я считаю, что если им всем было известно, что в посылке запрещенное для оборота вещество, они могли остановить ее на границе. Но она была пропущена до Краснодара, и провокацию, похоже, готовили заранее: проследят всю цепочку, накроют «банду»и получат новые звездочки за блестяще проведенную операцию. Сценарий поломался: посылку я не получил, наркотиков не обнаружено и вскоре даже последний конвойный понял, что гамма-бутиролактон нужен был нам для научной работы. Но дело уже заведено, отступать они не умеют.
Через полгода, был оглашен приговор. Поскольку сторона обвинения не смогла представить никаких доказательств, то меня оправдали по статье «инкриминирование контрабанды». Полностью суд меня не смог оправдать, меня признали виновным по факту подготовки этого вещества.
— Такое происходит не только в науке.. . Хотя сначала помогать обещали многие организации. Но как?, «Если будет получаться, то мы присоединимся».В итоге меня не бросила только краевая организация «Опора России». Они помогли найти адвоката, и мы стали активно защищаться.
С университетом вышло совсем не хорошо. В Российском фонде фундаментальных исследований я выиграл грант, и он пришел на счет моего вуза. Но когда там узнали, что на меня заведено уголовное дело, они быстро этот грант отправили обратно в РФФИ . Повторно получить мы его уже не смогли – несмотря на то, что всю работу я проделал на свои деньги, подготовил и предоставил Фонду отчет и результаты по проекту. У меня образовались огромные долги – тысяч 600 . Эти деньги где-то надо было найти, чтобы сохранить команду и продолжить работу. Контракт в Индии стал на тот момент выходом из положения.
-У меня в России вообще никакой зарплаты от государства не было. Была копеечная стипендия в аспирантуре, но я от нее отказался – надо было делать слишком много ненужного, отвлекающего от работы, которой я по-настоящему горел. Мы с ребятами старались получить грант или частное финансирование на свои разработки. Это небольшие деньги, со множеством условий – на себя можно тратить не более 30% от полученного. Мы и того не тратили, чуть-чуть на еду, основное – на реактивы и оборудование. Еще у меня был доход от акций некоторых предприятий – 5-6 тысяч рублей в месяц, они тоже шли в общий котел. Когда завели уголовное дело, акции пришлось продать, и этого ручейка мы лишились.
Так что свою первую зарплату по проекту – 2000 евро – я впервые получил в Германии в 2016 году. Вот это личные деньги, только тебе, проект финансируется инвестором отдельно. В этом смысле никакой нужды мы не испытываем –для работы есть все, сроки поставок соблюдаются педантично, инвестор заинтересован в продукте не меньше нас.
Я не собираюсь ни агитировать ученых за переезд, ни разубеждать. Просто скажу из своего опыта: проект должен находиться там, где его ценят и в него инвестируют. Если главное это, а не только заплата, – надо двигать! И быть там, где твой проект будет развиваться. Иначе застой и бесперспективность. В мире все идет к тому, чтонадо быть мобильным.
— Если бы семья, было бы труднее вести кочевой образ жизни. Моей семьей остаются родители. Они инженеры, живут под Краснодаром. От них пошло мое увлечение наукой. А вы что думали – я сам по себе такой умный? В семье была творческая атмосфера, родители все время что-то придумывали, носились со всякими рационализаторскими предложениями. Ну и во мне проснулось. Классе в пятом или в шестом я написал доклад о рассортировке мусора. Мне было обидно, что в Европе строят мусороперерабатывающие фабрики, а у нас отходы валяются. Но тогда моей идеей не очень-то заинтересовались, и я не смог ее реализовать.
Стал постарше, пришло понимание, что объем ресурсов в мире ограничен, а численность населения растет, значит, будет расти и стоимость ресурсов. Для предотвращения этой ситуации нужно развивать энергосберегающие технологии, использовать такие источники энергии как, например, солнце. Сегодня рынок предлагает солнечные батареи, которые при сроке службе 15 лет, имеют срок окупаемости 7-8 лет. Мне же захотелось сделать продукт, который бы окупился за 1-2 года. Людям проще планировать такие покупки.
В 2010 году я выиграл первый грант на свои разработки и потеснил конкурентов. Сегодня рынок наводнен кремниевыми солнечными батареями, а лидером в производстве является Китай. Мы разработали принципиально другую технологию – печать солнечных батарей. Ближайшим аналогом нашей установки является, пожалуй, струйный принтер. В установку кладется стеклоткань или пластик, после чего происходит напыление нескольких слоев батареи. Батареи обладают рядом преимуществ. Во-первых, они гибкие – значит, их можно прикрепить к одежде или палатке. Кроме того, они легкие, что позволяет использовать их в авиации. Но самое основное отличие в том, что наши батареи очень эффективно работают в косых солнечных лучах (т.е. на рассвете и закате), их не нужно передвигать. Соответственно, возрастает полезное время использования. Есть две компании, которые разрабатывают подобную технологию, – в США и Австралии. Нашу установку отличает то, что мы используем электрически заряженные капли в 30 раз меньше толщины волоса, и наши показатели лучше, чем у обеих компаний. Они, кстати, не поставляют свой продукт в Россию из-за санкций.
Источник