Солнечные батареи как альтернатива

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

Самые необычные альтернативные источники электроэнергии

Энергия из морских волн

В апреле 2021 года британская компания Mocean Energy представила Blue X — прототип установки, которая будет преобразовывать кинетическую энергию морских волн в электричество.

Принцип работы такой: установку помещают на поверхность воды, она качается на волнах и приводит в движение шарнир посередине. Тот в свою очередь запускает генератор, который вырабатывает электроэнергию и по кабелям перенаправляет ее на сушу.

Как это применять: по оценкам Mocean Energy, если использовать хотя бы 1% всей доступной энергии волн в мире, можно обеспечить электричеством 50 млн зданий. Для сравнения: в России насчитывается около 14 млн жилых домов.

Энергия из ДНК

Оказалось, что органические молекулы тоже преобразуют солнечную энергию в электричество. В 2021 году немецкие ученые сумели синтезировать супрамолекулярную — то есть более сложную, чем обычная молекула — систему на основе ДНК.

Основа системы — фуллерен, «футбольный мяч» из 60 атомов углерода. К нему крепится краситель, который поглощает солнечный свет и отдает получившуюся энергию фуллерену. Но возникает проблема: если не упорядочить такие супрамолекулы, ток между ними будет протекать с трудом, а со временем и вовсе затухнет.

Ученые предложили такое решение: закрепили супрамолекулы на основе фуллеренов и красителя на спирали ДНК. Так движения электронов становятся упорядоченными, а электрический ток не затухает.

Как это применять: исследователи не обещают, что в скором времени на всех крышах появятся солнечные батареи из ДНК, но развивать это направление планируют. По их прогнозам, технология будет дешевле, прочнее и долговечнее, чем солнечные батареи на основе кремния.

Респираторы с солнечными батареями

Берлинский изобретатель Хайнц Кнупске превратил респиратор в устройство, генерирующее электроэнергию. По сути, это привычная для нас маска, на поверхности которой закреплена маленькая солнечная батарея.

Как это применять: батарея вырабатывает энергию, которой хватает для подзарядки телефона или часов. В начале 2021 года в Китае уже наладили серийное производство «солнечных» масок и отправили первую партию в Европу.

Солнечные паруса

В 2019 году Планетарное общество развернуло парус LightSail 2 на одной из ракет от SpaceX, и он успешно прошел испытания.

Солнечный парус — почти то же самое, что и обычный парус на кораблях. Только в движение его приводит не ветер, а солнечная энергия — поток заряженных частиц, которые выделяет Солнце. Если поймать этот поток энергии, можно долгое время путешествовать в космосе по заданному маршруту, а топливо для этого не понадобится.

Как это применять: используя наработки Планетарного общества, в 2021 году NASA с помощью паруса планирует долететь до Луны, а затем отправиться к околоземному астероиду 1991 VG.

«Бесконечная» энергия из воздуха

В 2020 году ученые из Массачусетского университета создали Air-gen — генератор, который создает электричество с помощью натурального белка и влаги из воздуха.

С помощью протеобактерий Geobacter ученые выращивают белок, который может проводить ток. Из него делают пленку толщиной менее 10 микрон — в несколько раз тоньше, чем человеческий волос — и помещают между двумя электродами. Белок забирает влагу из воздуха и за счет тонких пор создает ток между электродами.

Лучшие результаты Air-gen показывает при влажности в 45%, но справляется и в засушливых регионах вроде Сахары. Генератор не зависит от погодных условий и работает даже в помещении.

Как это применять: пока мощности Air-gen хватает только для питания мелкой электроники. В скором времени ученые разработают версию для мобильных телефонов и смарт-часов, чтобы те никогда не разряжались. А если у исследователей получится совместить Air-gen с краской для стен, в домах появится бесконечный источник электроэнергии.

Электричество из дерева

Если сжать древесину, а потом вернуть в исходное состояние, она вырабатывает электрическое напряжение — правда, очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов и в 2021 году сумели превратить древесину в мини-генератор.

Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры — лигнин — и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в «губку», которая после сжатия самостоятельно возвращается в исходную форму. По словам ученых, такая губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычное дерево.

Как это применять: пока исследователи проводят испытания получившегося материала. Они уже выяснили, что энергии 30 деревянных брусков длиной 1,5 см хватит для питания ЖК-дисплея.

Жидкое топливо из солнечной энергии

Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.

С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.

Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:

• превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
• с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
• соединить водород и оксид углерода и получить метанол.

Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.

Источник

Солнечные батареи: альтернативная энергия

В последнее время большое внимание уделяется развитию различных видов альтернативной энергетики. В первую очередь, это энергия солнца, ветра, приливов. Наибольшее распространение к настоящему времени получила солнечная энергетика.

Солнечная энергия

Широко используется во многих областях: для естественного освещения помещений, при нагреве воды, сушке, иногда даже для приготовления пищи. Но наиболее значимое её использование – это производство электричества или тепла. По этим признакам, в- зависимости от вида вырабатываемой энергии различают основные виды оборудования: солнечные батареи и солнечные коллекторы.

Какая разница между солнечной батареей и коллектором

С помощью батареи происходит преобразование солнечной энергии напрямую в электрическую энергию. В коллекторах используется специальный теплоноситель, преобразующий энергию в тепло.

Как работают обе эти системы

Солнечные батареи

Фактически, представляют собой фотоэлектрические элементы. Их называют еще гелиоэлементами, хотя и солнечная энергия не всегда используется.

Для получения электрической энергии используются фотоэлементы, преобразующие световую энергию в электрическую (название – от «фотон» – свет). Основной принцип их работы основан на свойстве полупроводников, так называемом p-n переходе. Это свойство было открыто еще в конце 19-го века.

Фотоэлементы

Изготавливаются из пластин с применением, например, кремния – кристаллического материала. Могут применяться также и соединения меди, индия, галлия, кадмия. Фотоэлементы имеют самые различные размеры. Они могут использоваться как в электронных часах, так и на крышах зданий, объединенные в большие панели. Эти панели (модули) и есть самые настоящие солнечные батареи.

Солнечные батареи рекомендовано использовать в тех климатических районах, где достаточно много солнечных дней в году и нормальное естественное освещение в целом. При этом температура воздуха должна быть умеренной, так как при высокой температуре коэффициент полезного действия таких батарей значительно уменьшается. Силу тока и мощность батарей можно отрегулировать под реальные условия места эксплуатации при помощи увеличения или уменьшения числа модулей в панелях.

Коэффициент полезного действия (КПД) батарей составляет, в настоящее время около 40%. В- ближайшем будущем его планируют довести до 40-45%.

Солнечные коллекторы

Имеют абсолютно другой принцип работы. Они собирают тепловую энергию солнечного света, с помощью которой происходит обогрев носителя тепла. Вакуумный трубчатый коллектор, имеющий тепловую трубку, конструктивно напоминает термос. Стеклянная или металлическая трубка вставляется в другую с большим диаметром. Между трубками – вакуум, служащий отличным теплоизолятором. Это помогает избежать потерь на излучение, особенно при высокой температуре нагреваемой воды.

В каждой вакуумной трубке есть пластина со специальным покрытием для поглощения энергии солнца. Под поглотителем ставится тепловая труба, в которой находится испаряющаяся жидкость. При помощи гибкого элемента тепловая труба соединяется с конденсатором. Под действием тепла происходит испарение жидкости, забирающей тепло вакуумной трубки. Пары, после поднятия верхнюю часть, конденсируются, тепло передается теплоносителю главного контура водопотребления или отопительного контура. После чего конденсат уходит вниз и процесс повторяется.

Солнечные батареи для частного дома

Альтернативные источники энергии для дома

Производство солнечных батарей

Солнечные батареи для дома

Установка солнечных батарей

Как сделать солнечную батарею своими руками

Источник