Солнечные батареи под водой

При погружении в воду солнечные батареи теряют большую долю производительности, но не становятся бесполезными. Индийские специалисты доказали, что под водой фотоэлементы можно использовать для обеспечения работы сенсоров, а также ряда других коммерческих приложений. В эксперименте был задействован аморфный кремниевый солнечный элемент компании Panasonic.

В рамках исследования свойств солнечного элемента из аморфного кремния под водой экспериментаторы из Технологического института Канпура и Технологического института Бирла выяснили, что он окажется пригодным для зарядки некоторых подводных устройств, при этом низкие температуры повысят его производительность, а вода обеспечит самоочищение панели.

В водной среде фотоэлементы теряют производительность из-за сниженного солнечного излучения, однако группа ученых заявила, что это справедливо не для всех панелей. Моно-и поликристаллические элементы действительно теряют до 20% своей производительности, тогда как панели из некристаллического кремния при погружении менее чем на полтора метра имеют более высокий показатель конверсии, а значит, и потенциал для использования в малых электронных устройствах разного назначения.

При проведении эксперимента они погрузили в воду на глубину двух метров солнечный элемент из аморфного кремния с покрытием из полидиметилсилоксана (PDMS) – одного из самых распространенных полимеров в оптоэлектронных устройствах. PDMS является идеальным покрытием для такого испытания из-за своих водоотталкивающих свойств, инертности, нетоксичности и негорючести. Покрытие из PDMS повысило производительность солнечного элемента на 2.79%.

Ученые объяснили, что некристаллический кремний является наилучшим материалом для подводных солнечных элементов благодаря своей спектральной чувствительности при длине волн 380-780 нм. Испытания были проведены в четырех типах водной среды: деионизированной, пресной озерной, морской и искусственном соленом растворе (3.5%) на основе морской соли.

Худший показатель производительности получен в озерной воде, где бактерии, водоросли и другие естественные загрязнения значительно снизили прозрачность среды. Наилучший показатель конверсии в 0.0367 Вт был достигнут в деионизированной воде, а в натуральной и искусственной морской воде он составил 0.0337Вт и 0.0320 Вт, соответственно.

Анализ последствий подводного солнечного излучения на фотоэлементе из аморфного кремния в различных средах был опубликован в научном журнале Energy Research.

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Источник

Будут созданы солнечные панели, держащиеся на плаву в океане

Одним из препятствий для расширения масштабов использования солнечной энергии является ограниченное пространство на суше. Большие объемы земли необходимы как для панелей или солнечных коллекторов, так и для как параболических желобов. Многие люди исследовали размещение солнечных панелей на океанических просторах для создания возобновляемых источников энергии без затрат слишком больших площадей земной поверхности, но есть очевидные проблемы с такой огромной, но ненадежной основой, как морские воды. Погода может повредить плавающие панели, приводя к потерям времени и инвестиций.

Инженеры TU Wien разработали Heliofloat – творческое решение для изменчивых волн и грозового неба, несущего шторм.

Разработанные, чтобы противостоять волнам и бурям, облегченные Heliofloat платформы построены в виде управляемых плавучих блоков, похожих на бочки. Мягкий материал дополняет открытую нижнюю часть конструкции, позволяя Heliofloat переждать бури с большей легкостью, чем традиционные платформы, которые должны быть тяжелыми, чтобы продержаться на волнах.

Согласно TU Wien, когда воздушные резервуары правильно сконструированы по размерам, волны поднимаются и опускаются под Heliofloat без внесения каких – либо существенных влияний на платформу, благодаря чему постройка стабильно плавает прямо над водой.

Heliofloats обещают дразняще огромный потенциал с их способностью поддерживать установку огромную, как футбольное поле. Она может разместить фотоэлектрические панели или параболических желоба.

Есть несколько других потенциальных функций для технологии. К примеру, инженеры изучают использование растений для сохранения тепла воды от испарения, технологии для опреснительных установок, строительство домов с использованием океанских Heliofloats. Плавающая модель была представлена на промышленной торговой технологической ярмарке Hannover Messe в Германии.
Инженеры Heliofloat ищут инвесторов, чтобы вывести идею технологии на рынок.

Плавучие острова из солнечных панелей

Прибрежные воды морей и океанов все активнее используются для производства экологически чистой зеленой энергии. Причем обычно речь идет об энергии ветра, волн или приливов. Однако морские просторы привлекательны также и обилием солнечного света.

Мировой лидер в области энергетических консультаций и сертификации компания DNV KEMA представила проект острова из плавающих солнечных батарей, который может составить конкуренцию оффшорным ветряным электростанциям.

Солнечная радиация распространяется по всей планете. При этом половина земного населения живет вблизи побережий морей, океанов и пресноводных водоемов. Концепция, предложенная DNV, делает более реальным обеспечение этих людей чистой энергией.

Проект представляет собой группу связанных друг с другом гексагональных искусственных островов, объединяющих 4200 солнечных фотоэлектрических панелей общей площадью соизмеримой со стадионом и мощностью около 2МВт. Несколько таких островов могли бы образовать солнечное поле мощностью более 50 МВт, способное обеспечить энергией до 30 тысяч человек.

Концепция, названная SUNdy, может быть жизнеспособной благодаря использованию тонкопленочных солнечных панелей мощностью 560 Вт. Такие панели легче традиционных стеклянных модулей и могут изгибаться, что позволяет им плавать на водной поверхности. Масштабируемые конструкции из них могут собираться в различных вариантах, как в базовый массив одиночного острова, так и в совокупность островов.

По мнению DNV KEMA секционная сборная конструкция позволит наладить крупномасштабное производство энергии и облегчит сборку в намеченном месте. Кабельная сеть, объединяющая панели предоставит доступ для локального технического обслуживания. Планируется, что сеть будет заранее изготавливаться на предприятиях, благодаря чему морские работы по монтажу будут сведены к минимуму. Идеальными местами для установки солнечных островов могут стать спокойные воды с глубинами 20-100 метров в нескольких милях от побережья и в стороне от судоходных путей.

Как отметил Бьерн Торе Маркуссен (Bjørn Tore Markussen), главный операционный служащий DNV KEMA, плавающие острова SUNdy могут быть развернуты у побережья наиболее густонаселенных стран и предоставят им доступ к возобновляемым источникам энергии.

«Многие страны обращаются к солнечным технологиям и возобновляемым источникам из-за необходимости альтернатив для получения энергии и охраны окружающей среды», – сказал Б.Т.Маркуссен. «Мы твердо верим, что концепция плавающих солнечных полей предлагает безопасные и устойчивые перспективы развития, особенно в Азии, для снабжения перегруженных прибрежных мегаполисов, где ограничены возможности установки солнечных панелей на крышах, и в городских районах, в которых высокие цены препятствую крупномасштабному солнечному производству».

Источник

Разработаны солнечные батареи, демонстрирующие высокую эффективность при работе под водой.

Все люди знают, что вода имеет сине-зеленоватый оттенок. Причина этого заключается в том, что атомы кислорода и водорода, из которых состоят молекулы воды, активно поглощают красную и инфракрасную часть спектра видимого света, беспрепятственно пропуская лишь сине-зеленую составляющую. Но инфракрасный свет несет в себе основную долю солнечной энергии, которую наиболее эффективно поглощают традиционные кремниевые фотогальванические элементы. Это является основной причиной того, что в настоящее время получение солнечной энергии под водой практически нигде не используется, хотя потребность в такой технологии имеется, и весьма немалая. Но вскоре это положение может измениться благодаря тому, что специалисты Научно-исследовательской лаборатории ВМФ США (Naval Research Laboratory, NRL) разработали новый тип фотогальванических элементов для солнечных батарей, которые будут эффективно работать на глубине под толстым слоем воды.

Ключевым моментом новой технологии слала разработка полупроводникового материала, который демонстрирует высокий фотогальванический эффект на свету синего и зеленого цвета. Ученые NRL использовали фосфид индия-галлия, который демонстрирует самую высокую эффективность преобразования в длинах волн света между 400 и 700 нанометрами, что идеально подходит для подводного применения. Из-за такого узкого диапазона чувствительности фотогальванические ячейки демонстрируют высокую эффективность даже в условиях низкой освещенности.

При проведении испытаний подводные солнечные батареи были опущены на глубину около 10 метров. Несмотря на то, что сила света, прошедшего сквозь толщу воды, значительно снизилась, батареи выдавали 7 Ватт мощности на 1 квадратный метр площади. Такой уровень вырабатываемой энергии вполне достаточен, что бы с помощью батарей большей площади привести в движение небольшую легкую субмарину. А работоспособность солнечных батарей сохраняется, естественно со снижением вырабатываемого количества энергии, при погружении их на глубину до 30 метров.

Такие солнечные батареи в ближайшее время смогут стать источниками энергии для автономных подводных систем, исследовательских станции, сетей подводных датчиков и прочих подводных устройств, которые вынуждены получать солнечную энергию от своей надводной части или по кабелю, связывающему их с источником энергии на судне или на берегу.

Источник

Новые солнечные батареи могут работать под водой

Исследовательская группа из американской Военно-морской исследовательской лаборатории говорит о разработке солнечных фотоэлектрических панелей, способных работать под водой, обеспечивая необходимым электричеством подводные морские сенсоры на глубине до 9 метров.

Авторы разработки говорят, что традиционно подводные электрические автономные системы и сенсоры имели очень ограниченную популярность как раз по причине ограниченной доступности электричества. Как правило, такие системы до сих пор базировались на береговых системах питания или получили электричество от надводных систем, например от кораблей. Попытки использовать традиционные фотоэлектрические панели в большинстве случаев не приводили к успеху, так как обычные солнечные батареи очень чувствительны к свету и под водой они просто не получают ультрафиолетового света в достаточном количестве, чтобы начать генерировать электричество.

«С новыми панелями мы можем практически неограниченно использовать подводные автономные системы, исследуя морское пространство и наблюдая за окружающей средой», — говорит Филип Дженкинс, один из авторов разработки. По его словам, сбор солнечного света под водой по-прежнему представляет собой проблему, поэтому в подводных панелях исследователи несколько изменили принцип сбора фотонов и их преобразования в электричество.

Дженкинс говорит, что под водой солнечный свет меняет длину своей волны, а также частично поглощается самой водной средой, однако если панель перенастроить на «водный солнечный свет», то и она сможет генерировать электричество в необходимых количествах. Изначально специалисты пытались изготавливать солнечные батареи для подводного использования на основе кристаллизованных кремниевых элементов, тогда как сейчас они пришли к выводу о том, что целесообразнее применять аморфные кремниевые ячейки.

Специалисты пришли к выводу, что для выполнения работ по сбору фотонов под водой хорошо подходит высококачественный фосфид индия галлия (GaInP), ячейки которого подходят для работы в водной среде и хорошо чувствительны к свету в видимом диапазоне (400-700 нанометров). В результате этого, созданные панели могут генерировать так называемый низкий темновой ток, получаемый в условиях слабой освещенности.

Дженкинс говорит, что под водой солнечный свет смещается в сторону синего и зеленого спектров, что и позволяет ячейкам GaInP работать с нужной эффективностью. Первые опыты показали, что при глубине в 9,1 метра панели способны генерировать около 7 ватт на квадратный метр площади батарей. На практике это позволяет развертывать электрическое автономное оборудование в прибрежных зонах, где глубина не превышает 20-30 метров.

Источник

Плавучие солнечные электростанции: в чём преимущества

Концепция строить солнечные электростанции (СЭС) на воде кажется экзотической, но при детальном разборе открывается ряд достоинств такого подхода. Плавучие солнечные электростанции могут оказаться эффективнее наземных и даже более экологичными, не говоря о других преимуществах.

Естественное охлаждение

Одним из факторов, влияющих на эффективность солнечных батарей, является их нагрев. Хорошая солнечная освещённость позволяет вырабатывать больше энергии, но, с другой стороны, из-за этого панели нагреваются, становятся менее эффективными и могут выйти из строя.

Вода по своей природе является естественным охладителем, благодаря чему фотоэлектрические панели получают идеальную рабочую температуру. Это в сочетании с высоким уровнем инсоляции и правильным углом наклона позволяет получить хороший КПД СЭС.

Защита от испарения

Большая проблема водоёмов, используемых для хранения водных запасов, — это испарение из-за высокого солнечного воздействия на большую площадь воды. Плавучие солнечные электростанции могут покрыть поверхность водоёма, защищая его от солнечных лучей. Это отличное решение для регионов с засушливым климатом, где, как правило, достаточно высокая солнечная активность для выработки больших объёмов электроэнергии.

Эффективность выше

Многие исследования утверждают, что при установке солнечных панелей над водой происходит значительное повышение эффективности их работы за счёт отражающих свойств водной поверхности.

Сообщаемый прирост энергии составляет от 5% до 15%.

Сохранение территорий

Одним из главных недостатков солнечных электростанций является необходимость отводить под них огромные площади, которые могли бы использоваться, например, под нужды сельского хозяйства. Это особенно ощутимо в густонаселённых регионах и странах с небольшой территорией.

Возможность устанавливать СЭС на воде решает «земельный вопрос».

Важно отметить и то, что в этом случае не придётся удалять деревья и кустарники под строительство электростанции.

Интеграция в инфраструктуру

Водные солнечные электростанции могут питать различные объекты, обслуживающие водохранилища, ирригационные системы и очистные сооружения.

Защита от водорослей

Водоёмы, покрытие солнечными панелями в меньшей степени подвержены цветению водорослей, т.к. последние не будут получать достаточный объём солнечного света для активного размножения.

Экономическая выгода

Затраты на строительство таких объектов ниже, т.к. не требуется проведение земляных, бетонных и прочих строительных работ, необходимых в случае с наземными СЭС. Кстати, в процессе монтажа плавучих электростанций используются стандартизированные технологии крепления, поэтому временные затраты на возведение также меньше.

Солнечные панели на воде меньше подвержены запылению, поэтому статья расходов на постоянную очистку поверхностей ощутимо снижается.

Комбинированная энергетика

При наличии условий прибрежной зоны плавучие солнечные электростанции можно объединить с волновыми установками и в разы увеличить процент выработки электроэнергии с одного квадратного метра водной поверхности.

Плавающие фотоэлектрические проекты будут внедряться гораздо чаще в ближайшем будущем благодаря их эффективности. Они имеют больший потенциал и немало преимуществ по сравнению с другими чистыми источниками энергии, такими как гидроэнергетика. Плавучие солнечные электростанции особенно интересны для стран с маленькой территорией, но большой прибрежной зоной.

Источник