Солнечные батареи от лунного света

Солнечная энергетика » Солнечные батареи

Новый тип солнечных батарей генерирует энергию даже при лунном свете

Испанская фирма ULMA Agrícola, которая входит в консорциум Tecnalia, создала новый тип панелей солнечных батарей и установила их в качестве испытания на теплицах. Основным достоинством нового изобретения является то, что он способно генерировать тепло в холодное время года и холод в жару.

Но это еще не все достоинства этих солнечных батарей. Кроме того, система рассчитана на использование ежегодного колебания температур и может накапливать невостребованную энергию. Главным недостатком солнечных элементов, помимо высокой стоимости, является их малая эффективность в холодное время года и ночью. Изобретение ULMA Agrícola отчасти решает эту задачу.

Для генерирования энергии были использованы оптические материалы, а не традиционные механические, например, оксиды кремния. Это позволило увеличить эффективность солнечных элементов на 15%. Стоит отметить, что эти пока предварительные результаты после летне-осенних испытаний, основная цель изобретателей — доказать что этот вид энергии можно с успехом использовать зимой.

Солнечные панели расположились на некотором расстоянии друг от друга, что дало возможность использовать сферические линзы, которые фокусируют свет в направленный пучок, благодаря такой конструкции элементы генерируют энергию даже при ярком лунном свете.

Тесты проходят на теплицах площадью 400 квадратных метров, которые расположились в испанской провинции Басков. По расчетам ученых это наиболее удачное место для всесторонних испытаний, так как в этом регионе на протяжении года климатические условия подвержены существенным изменениям. Кроме того, длина волны света колеблется в зависимости от сезона в пределах от 400 до 700 нм, что редко встречается в других регионах планеты. С изменением длины солнечного излучения меняется эффективность солнечных батарей. Таким образом, ученые, не меняя места эксперимента, могут оценить целесообразность применения системы в других уголках Земли.

В теплицах в качестве эксперимента выращиваются помидоры и перцы, так как он требуют достаточно большого количества света для своего созревания. Кроме того, эти культуры — одни из самых распространенных во многих странах. Первый этап тестирования подтвердил высокую эффективность технологической новинки.

Источник

Лунные батареи смогут добывать электричество даже ночью

Немецкий изобретатель Андре Бресель решил наполнить практической пользой мистический процесс заглядывания в стеклянные шары. Он смог создать футуристические солнечные батареи, внешняя форма которых представляет собой огромные стеклянные шары. Они способны превращать даже самый тусклый солнечный свет в электричество и «топливом» для них может быть даже ночное сияние Луны. Удивительные сферы заполнены внутри жидкостью.

В зависимости от диаметра они могут концентрироваться в фокальной точке с увеличением в 20 тыс. раз! Принцип работы чудо-батарей сводится к сбору лучей на подобии действия огромных линз. Фотоэлектрические элементы и тепловые генераторы малой мощности превращают поступающую энергию света в электричество. Совершенно новая конструкция, отличная от обыкновенных солнечных батарей, дает возможность концентрировать лучи так удачно, что шарообразные батареи способны великолепно функционировать при абсолютной облачности, и даже в ночное время суток. После заката шары собирают отраженный от Луны солнечный свет и переводят его в электричество. В сопоставлении с обычными солнечными панелями, шарообразные лунные батареи имеют два главных достоинства.

В первую очередь они могут непрерывно генерировать электричество в любое время суток. К тому же специальные качельные механизмы, разработанные для лунных шаров, создают для фотоэлектрических модулей и тепловых минигенераторов наиболее оптимальное наклонное положение к природному источнику света. Лунные батареи из расчета на квадратный метр площади своей панели имеют эффективность производства электричества в 4 раза больше, чем обыкновенные солнечные элементы. При этом в средних широтах их производительность еще более возрастает по причине того, что здесь около половины всего дневного солнечного света составляет так называемый рассеянный свет. Фантастический вид лунных батарей дает возможность реализации множества оригинальных задумок для дизайнеров и архитекторов домов.

Загадочные шары уже в скором времени могут украсить дома, кварталы и даже целые современные города. Удивительное изобретение сразу же привлекло к себе внимание со стороны технических специалистов в области возобновляемой энергетики, а также широкой общественности. Гениальный изобретатель лунных батарей заявил, что он не намерен останавливаться и будет продолжать разработки. Он желает довести свою технологию до возможности создания полезных фронтальных окон для офисных зданий.

Такая система по заявлению Бреселя будет способна превращать свет в электроэнергию и тепло с эффективностью, превышающей 50%. Здание, которое будет оборудовано подобными системами, сможет самостоятельно генерировать такое количество энергии, что будет создавать его излишек.

Положительным сопутствующим действием будет и охлаждение в летнее время стен здания. По словам специалистов, фасадные элементы такого типа могут войти в нашу реальность уже через 4-5 лет. К этому времени планируется наладить серийное производство новых систем. Тогда лунные шары будет красоваться на крышах всех офисных зданий.

Источник

Солнечная электростанция на Луне: фантазии японских инженеров

Дубликаты не найдены

Токийская архитектурная и инженерная фирма Shimizu Corporation собирается заняться проектом, который иначе как фантастическим пока не представляется. Японцы намереваются строить на Луне огромную солнечную электростанцию, а затем передавать выработанную на ней энергию на Землю.

По проекту Luna Ring, по лунному экватору протяжением в 11000 километров японцы собираются с 2035 года строить цепь солнечных батарей, которые будут соединяться между собой подземной экранированной ЛЭП, что позволит перебрасывать энергию с освещенной стороны спутника к неосвещенной в любое время лунных суток. Комплекс лазерных установок и передающих антенн можно расположить лишь на видимой стороне Луны — так, чтобы он был всегда обращен к Земле и смог круглосуточно передавать ей энергию.

Строительство компания собирается начать, воспользовавшись силами роботизированного «персонала», а первая цепь фотоэлементов около экватора будет иметь в ширину лишь несколько километров. Правда, со временем Shimizu Corporation собирается увеличить ее до 400 километров. Тогда площадь солнечной лунной электростанции составит 4400000 км?, а этого будет достаточно, по мнению разработчиков концепта, чтобы «создать практически неисчерпаемый чистый источник энергии, который принесет процветание людям и природе». Очень литературно, не находите?

В Shimizu уверены, что установка Luna Ring может давать электричество в любую погоду (правда, про падение метеоритов на солнечные панели как-то умалчивается) и станет куда эффективнее, чем гелиопанели, установленные на нашей планете. Помимо того, электроэнергия будет генерироваться 7 дней в неделю и 24 часа в сутки. За сутки при достижении электростанцией финальных размеров она сможет вырабатывать 0,6 триллиона кВт•ч!

«Способность воспользоваться безграничными возможностями чистой энергии – главная мечта человечества. Luna Ring сможет сделать ее явью благодаря современным технологиям», — сообщается на ресурсе Shimizu Corporation.

Пока компания не предоставила даже предварительных расчетов стоимости такой системы, но японцы твердо уверены, что если намеченный план удастся соблюсти, то уже к 2035 году можно начать строить Luna Ring.

Идея, конечно, захватывающая, но что с таким огромным количеством энергии будет делать человечество на сегодняшнем этапе развития? Если учесть текущее энергопотребление планеты на уровне в 21 триллион кВт•ч в год при работающих ГЭС и остальных источниках, получится слишком много электричества.

Источник

Илон Маск — «Забудьте о солнечных батареях. Мир на пороге нового открытия»

По словам Илона (Элона) Маска (Elon Reeve Musk), 46-летнего миллиардера, основатель, владельца, генерального директора и главного инженера SpaceX; главного разработчика (Chief Product Architect), генерального директора и главы совета директоров Tesla Inc., «Наступает время, когда мы должны отказаться от исчерпавшего себя проекта и обратить своё внимание на идущую на смену поистине революционную технологию, способную обеспечить человечество энергией на столетия вперёд.»

Эти слова он произнёс на ежегодном собрании выпускников МТИ (Массачусетский Технологический Институт, Massachusetts Institute of Technology, MIT), отвечая на вопрос о дальнейших перспективах развития возобновляемых источников энергии в общем и солнечной энергетики — в частности.

«Мы слишком увлеклись одним из направлений [технологий — ред.], совершенно упустив из виду наличие других вариантов и возможностей. Настало время признать допущенные ошибки и со всей энергией приступить к новым исследованиям и прорывам» — добавил Маск.

По его мнению, на лидирующие позиции в мире в ближайшие годы выйдет т.н. темновая (или, как её называют неофициально, лунная) батарея, в замен/противовес не оправдавшей возлагавшихся на неё надежд солнечной.

Как видно из приведённой схемы солнечной батареи, она состоит из 4-х обязательных элементов (собственно модуль (или панель), контроллер, инвертор, аккумуляторная батарея), связанных между собой электрическими линиями (шинами).

Такая архитектура является весьма громоздкой, вследствие чего не обеспечивает должной надёжности. Кроме того, её элементы, будучи сами по себе весьма дорогостоящими, вдобавок требуют периодического обслуживания и замены. Особенно это касается аккумуляторной батареи.

Добавив к этому невысокую удельную мощность (что препятствует использованию как источника энергии для техники, которая потребляет большую мощность), необходимость первоначальных больших инвестиций, низкий уровень КПД (14-15%), критическую зависимость эффективности работы от погодных условий и климата, требование большого количества вспомогательной техники и больших площадей для размещения, получим в итоге совсем нерадужную картину..

Следует учитывать и то обстоятельство, что производство и особенно утилизация аккумуляторных батарей и солнечных модулей являются чрезвычайно энергоёмкими и наносящими экологический вред.

В общем, несмотря на все достоинства таких установок (неиссякаемость и вседоступность источника энергии, возможность масштабирования (наращивания), автономность, независимость от цен на топливо после ввода в эксплуатацию), минусы тут скорее перевешивают плюсы.

Однако наука не стоит на месте, и совсем недавно, буквально год назад, успехом завершилась серия работ интернациональной группы молодых учёных, сумевших превратить один из недостатков солнечных панелей в их достоинство.

Речь идёт о т.н. темновых (паразитных) токах, возникающих в процессе выработки электроэнергии в классической солнечной батарее и существенно снижающих её КПД.

Чтобы понять, в чём тут дело, рассмотрим подробнее, как устроен модуль, преобразующий солнечный свет в собственно электричество, и что именно там происходит.

Так выглядит солнечный преобразователь в разрезе

Тонкая пластина состоит из двух слоев кремния с различными физическими свойствами. Внутренний слой представляет собой чистый монокристаллический кремний, обладающий дырочной проводимостью . Снаружи он покрыт очень тонким слоем «загрязненного» кремния(Si), например с примесью фосфора(P), являющегося донором, т.е. источником носителей заряда — электронов.

Противоположная сторона (слой) легирован примесью другого типа — акцепторной, поглощающей (принимающей) электроны, вследствие чего в этой области возникает их дефицит. В качестве акцепторной примеси обычно используют индий (In) или алюминий (Al).

На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт.

У границы n-(с избытком свободных электронов, отрицательно заряженных) и p-(с дефицитом электронов, положительно заряженных) слоёв в результате перетечки зарядов образуются обеднённые зоны с нескомпенсированным объёмным положительным зарядом в n-слое и объёмным отрицательным зарядом в p-слое. Эти зоны в совокупности и образуют p-n-переход.

Донорные и акцепторные примеси

Возникший на переходе потенциальный барьер препятствует прохождению основных носителей заряда, т.е. электронов со стороны p-слоя, но беспрепятственно пропускают неосновные носители в противоположных направлениях. Это свойство p-n-переходов и определяет возможность получения фото-ЭДС при облучении ФЭП (фотоэлектрический преобразователь) солнечным светом. Когда СЭ (солнечный элемент) освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электронно-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область.

Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой . В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой — положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение.

Схема классического p-n перехода

Необходимо отметить, что большинство современных солнечных элементов обладают одним p-n-переходом. В таком элементе свободные носители заряда создаются только теми фотонами, энергия которых больше или равна ширине запрещенной зоны. Другими словами, фотоэлектрический отклик однопереходного элемента ограничен частью солнечного спектра, энергия которого выше ширины запрещенной зоны, а фотоны меньшей энергии не используются.

Существуют и более совершенные многослойные структуры из двух и более СЭ с различной шириной запрещенной зоны. Такие элементы называются многопереходными, каскадными или тандемными. Поскольку они работают со значительно большей частью солнечного спектра, эффективность фотоэлектрического преобразования у них выше. В типичном многопереходном солнечном элементе одиночные фотоэлементы расположены друг за другом таким образом, что солнечный свет сначала попадает на элемент с наибольшей шириной запрещенной зоны, при этом поглощаются фотоны с наибольшей энергией.

Однако вследствие технологических сложностей при их создании цена такого элемента не позволяет надеяться на их сколь-нибудь широкое применение.

Отрицательному полюсу источника тока в СЭ соответствует n-слой, а p-слой — положительному.

За счёт туннельного эффекта часть основных носителей заряда всё же может преодолеть барьер, образуя паразитный ток, получивший название темнового, т.к. протекает он независимо от наличия или отсутствия внешней освещённости.

С этим током всячески боролись на протяжении десятков лет.

Но, как часто это бывает, вчерашняя помеха неожиданно стала источником новых возможностей.

Всё дело в том, что какой ток является «паразитным», а какой — «полезным», это всего лишь вопрос терминологии.

В пластине полупроводника всегда одновременно идут два противонаправленных процесса — поглощение фотонов с последующим образованием свободных носителей, и их (носителей) рекомбинация, т.е. слияние электрона и дырки с образованием электрически нейтрального атома.

Как оказалось, если правильно подобрать легирующие примеси (см. выше), процесс рекомбинации начинает преобладать!!

При этом через границу протекает ток, обусловленный основными носителями, концентрация которых на порядки больше, чем неосновных (в данной области).

Рекомбинируя, эти носители взаимно нейтрализуют друг друга, «подтягивая» тем самым из внутренних областей следующую порцию. Одновременно высвобождается энергия, в виде фотонов, образующих спектр излучения, полностью идентичный солнечному.

Таким образом, фактически получается два в одном — источник высококачественного света и источник электроэнергии.

Изюминкой процесса является то, что для его инициации не требуется внешнего воздействия (затрат энергии).

Система работает при нулевой освещённости, за что, собственно, она и получила своё название — лунная ( в противовес солнечной) батарея.

По окончании легирования он (процесс) запускается автоматически и длится до тех пор, пока элемент включён во внешнюю цепь. Размыкание цепи приводит к остановке, замыкание — к новому запуску.

Более того, при правильно подобранной ширине запирающего слоя генерируется не постоянный, а переменный ток, в диапазоне от 12-ти до 600-т ГЦ (устанавливается один раз, при изготовлении, и не подлежит изменению), что позволяет исключить из схемы все элементы, кроме собственно источника и нагрузки (потребителя).

И теперь о самом главном — лигатурах, позволяющих добиться такого эффекта.

О них известно только то, что p-зона формируется из атомов одного из изотопов бронзы (Bz), а n-зона — из изотопов латуни (Lt).

Нужный эффект возникает только и исключительно при точно подобранном соотношении этих изотопов. По некоторым данным, оно составляет 0.596 к 0.404 в стехиометрии Bz-Lt.

На данный момент именно это является ключевым ноу-хау, говорящим более чем достаточно для тех, кто понимает.

Источник