Солнечные батареи за ними будущее

Какими будут солнечные батареи в будущем

Мы не знаем наверняка какими будут солнечные батареи будущего. Люди продолжают воплощать свои идеи касательно использования солнечной энергии. Они переработали конструкцию фотоэлемента. Они думают над применением новых материалов для «солнечных ячеек». Новые типы фотоэлементов позволят по-новому использовать возобновляемый источник энергии, каким является солнечная энергия. Много идей касательно устройств воспроизводящих солнечную энергию было озвучено в последние несколько лет. Некоторые из них уже стали реализовываться производителями. Некоторые до сих пор находятся в экспериментальной стадии.

Солнечная энергия: Идеи Для Будущего

Фотоэлементы на тонкой основе в будущем могут быть использованы в ткани. Чем больше площади отдано под фотоэлементы солнечных модулей, тем больше электричества они могут воспроизводить. Если в будущем фотоэлементы на тонкой основе можно будет устанавливать на поверхности штор, они смогут обеспечивать дом вполне ощутимым количеством экологически чистой электроэнергии.

Многие ученые сейчас считают, что устройства называемое топливный элемент на водороде в будущем станет хорошим ресурсом для получения энергии для разных целей.

Водород из воздуха

Как понятно из названия устройство использует водород для получения электроэнергии. Водород очень распространен. К примеру, его можно встретить в воде. В то же время, извлечение водорода из воды требует затрат энергии. Если в будущем солнечные батареи станут достаточно дешевыми и эффективными, они могут стать тем самым источником получения этой энергии.

Стекло с солнечным и ячейками

Пути получения большего количества солнечного света для «солнечных ячеек» проходят все новые и новые стадии испытаний. К примеру, один из предложенных так называемых «концентраторов» может быть использован в окнах. Суть инновации заключается в том, что стекло производится с определенным оттенком цвета. По углам такого стекла располагаются фотоэлементы.

Цвет стекла позволяет некоторому количеству солнечного света проходить сквозь него, тогда как некоторое количество света (солнечной энергии) направляется к фотоэлементам.

Ученые работают над идеей получения электроэнергии от солнечного света проходящего сквозь стекло окон.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

Источник

Будущее солнечной энергии

Репост

Энергия солнца является, пожалуй, самым естественным и красивым решением для удовлетворения наших энергетических потребностей. Солнечные лучи дают планете огромный энергетический потенциал — по оценкам правительства США, Земля получает свыше 173 000 тераватт энергии ежегодно, что превышает необходимое количество в 10 000 раз.

Сложность задачи состоит в том, чтобы накапливать эту энергию. В течение многих лет, низкая эффективность солнечных батарей вместе с их дороговизной отталкивала потребителей от приобретения по причине экономической невыгодности.
Однако ситуация меняется. В период с 2008 по 2013 год цена на солнечные батареи упала более, чем на 50 процентов. По оценкам экспертов, тенденция будет продолжаться и до 2017 года, стоимость упадёт ещё на 40%. Согласно исследованиям в Великобритании, финансовая доступность солнечных батарей приведёт к тому, что к 2027 энергия солнца займёт 20% от всемирного потребления энергии. Такое было невообразимо ещё несколько лет назад.

В то время как технологии постепенно становятся всё более доступными, вопрос встаёт о принятии их в массах. Итак, каково же возможное развитие солнечной энергии?

Каждая новая технология открывает возможности для бизнеса. Tesla и Panasonic уже планируют открытие огромного завода по производству солнечных панелей в Буффало, штат Нью-Йорк. PowerWall, разработанный компанией Tesla Motors, является одним из самых известных бытовых устройств хранения энергии в мире. Крупные игроки — не единственные, кто выигрывает от развития этой технологии.
Землевладельцы и фермеры смогут сдавать в аренду свои территории под строительство новых солнечных ферм. Спрос на кабели среднего напряжения так же может возрасти, потому как батареи необходимо подключить к сети.

В некоторых странах места для плантаций солнечных батарей отсутствуют. Хорошее решение — батарея, которая находится на воде. Ciel & Terre International, французская энергетическая компания, работает над крупным проектом плавающих солнечных панелей с 2011 года. У берегов Великобритании уже установлена пробная версия. На данный момент реализация данного проекта рассматривается в Японии, Франции и Индии.

Беспроводное питание из космоса

Японское космическое агентство считает, что «чем ближе к Солнцу, тем больше возможность накапливать и эффективно управлять энергией». Проект космических солнечных энергетических систем планирует запустить батареи на околоземную орбиту. Собранная энергия будет передана обратна на Землю по беспроводной сети при помощи микроволн. Технология станет настоящим прорывом в науке, если проект обернётся успешным.

Финская команда исследователей работает над созданием деревьев, которые накапливают солнечную энергию в листьях. Планируется, что листья пойдут в питание малой бытовой техники и мобильных телефонов. Вероятнее всего, деревья будут напечатаны 3D принтером с использованием биоматериалов, которые имитируют органическое растение. Каждый листочек генерирует энергию из солнечного света, но так же использует кинетическую энергию ветра. Деревья рассчитаны на функционирование как в помещении, так и на открытом воздухе. Проект в настоящее время на стадии прототипной разработки в Техническом исследовательском центре в Финляндии.

В настоящее время, эффективность — это наибольшее препятствие для развития солнечной энергии. На данный момент, более 80% всех солнечных батарей имеют энергетическую эффективность менее 15%. Большинство этих панелей стационарные, в связи с чем они пропускают большое количество солнечного света. Улучшенный дизайн, состав и применение поглощающих солнечный свет наночастиц повысит эффективность.

Солнечная энергия — это наше будущее. В настоящее время человек совершает лишь первые шаги в раскрытии истинного потенциала Солнца. Эта звезда даёт нам намного больше энергии, нежели человечество потребляет ежегодно. Мировые исследователи работают над тем, чтобы вывести самый эффективный способ накопления и преобразования солнечных лучей в энергию.

Источник

Как будет выглядеть солнечная энергетика в будущем?

1. Агривольтаика

Принято считать, что идеальным местом для установки солнечных батарей являются бескрайние пустыни нашей планеты. Света здесь много, а облаков практически нет. Проблема в том, что генерирующие ток панели не любят жару. Наиболее эффективно они работают при температуре менее 25 градусов по Цельсию. Однако в умеренном климате им не так просто найти достаточное количество свободных площадей. В нулевых годах началось постепенное внедрение кажущегося беспроигрышным решения — агривольтаики. Технология подразумевает установку солнечных панелей прямо над полями с сельскохозяйственными культурами. Это не только устраняет необходимость в расчистке дополнительного места под сами батареи, но и позволяет охлаждать их с помощью той воды, которую испаряют находящиеся под ними растения.

В 2019 году исследователи из Аризонского университета не поленились выяснить, что в период с мая по июль такие солнечные панели давали на три процента больше энергии, чем обычные. Вроде бы не очень много, однако не следует забывать, что это непрерывный процесс, и даже небольшая выгода со временем превращается в весьма ощутимую прибавку. Инженеры в настоящее время пытаются распространить данную концепцию на водоёмы. Технология уже получила название: «флотовольтаика». Здесь панели размещаются над водной гладью, испарения которой также призваны увеличивать производительность батарей посредством их охлаждения до оптимальной температуры.

2. Солнечные трекеры

Конструкторы стараются выжимать из солнечных панелей максимум. Одним из самых очевидных решений здесь кажется постоянный поворот батарей в сторону источника энергии. Генерирующие ток элементы наиболее эффективны, когда лучи падают на них прямо, а не под углом. Поэтому традиционно они устанавливались в позиции, в которой на них наибольшее количество времени светит Солнце. Понятно, что это не идеальное решение, так как положение нашей звезды на небосклоне меняется не только в зависимости от времени суток, но ещё и в течение года. Чтобы исправить эту ситуацию, инженеры изобрели фотоэлектрические трекеры. Они забирают от 5 до 10 процентов генерируемой энергии, но добавленная выработка с лихвой покрывает эти потери. В некоторых областях планеты этот приём позволяет увеличить объём получаемой энергии на 45%. Особенно полезны трекеры в высоких широтах, где Солнце «гуляет» по горизонту гораздо больше, чем вблизи экватора. Они значительно утяжеляют конструкцию панелей, и их установка на крышах жилищ не отличается практичностью. Однако в полевых условиях их применение более чем оправдано.

3. Солнечные окна

Большинство современных солнечных панелей имеют довольно броский внешний вид, который почти невозможно органично интегрировать в городскую среду. Объясняется это тем, что в основной своей массе они производятся из кремния, который выглядит весьма тяжеловесно. Этот элемент идеально превращает солнечный свет в электроэнергию, но выполнять эту функцию способен не только он. Сегодня учёные пытаются найти альтернативу, которую можно будет встраивать прямо в стекла. Представьте, что вы сидите рядом с окном, греетесь на солнышке, и тут же подзаряжаете мобильник через разъём в раме.

Чтобы добиться этого, нужно найти прозрачный материал, который будет легче кремния. На помощь пришли солнечные элементы, изготовленные из органических соединений. Основой здесь служат полимеры и красители, которые можно наносить на рулоны пластика или, допустим, на то же самое стекло, вставляющееся в окна. На первый взгляд, тут намечается неустранимое противоречие — поглощающее свет вещество должно быть непрозрачным. Однако органические солнечные батареи можно производить из материалов, которые забирают инфракрасный свет, но пропускают видимый. Через имеющиеся сегодня элементы этого типа проходит около 43% излучения. Это, конечно, темно для окон частного домовладения или квартиры, зато прекрасно подходит для «тонирования» стекол офисных высоток.

Эти батареи гораздо дешевле в производстве, чем кремниевые. Кроме того, они очень легкие, и их можно приспособить на экраны мобильников и автомобильные крыши. Есть у них, правда, один серьёзный недостаток — малая эффективность. Они преобразуют в электричество лишь 13% солнечной энергии, в то время как у кремниевых батарей этот показатель достигает 18-22%. Тем не менее, простота применения и установки органических солнечных элементов означает, что они могут использоваться где угодно. В том числе на поверхностях, которые раньше не считались сколько-нибудь перспективными с точки зрения производства электроэнергии.

4. Солнечная ткань

В будущем электричество будут добывать не только неподвижные строения, обвешанные батареями. Сегодня учёные работают над созданием тканей, у которых солнечные панели интегрированы в волокна. Конечная цель этой разработки в том, чтобы потребитель мог генерировать ток, просто выходя на солнышко. Один из методов заключается в создании сверхмалых элементов, которые могут быть вплетены в ткань. В 2018 году английским конструкторам удалось создать изделие размером 3 на 1.5 миллиметра, то есть размером с блоху. 200 таких батарей были установлены в прототип, который смог зарядить наручные часы «Fitbit». Речь не идёт об огромном количестве электроэнергии, но всего 2000 крошечных ячеек должно хватить для подзарядки того же смартфона. Солнечные батареи успешно интегрируются и в более тяжелый текстиль, например, в шторы и палатки, которые предназначены для долгого пребывания на солнце в течение светового дня.

5. Гелиотермальная энергетика

Если все предыдущие технологии этого списка ставят своей целью создание электрической энергии, то здесь инженеры пытаются получить тепловую — для обогрева жилищ. Они конструируют аккумуляторные батареи, наполненные так называемым «солнечным тепловым топливом». Это вещество, которое поглощает энергию, а затем, по желанию пользователя, высвобождает. Солнечные лучи разрушают его химические связи, заставляя молекулы перестраиваться, приобретая новую, более теплоемкую конфигурацию. Шведские исследователи смогли создать топливо, которое таким образом может хранить энергию в течение почти двух десятков лет. Высвобождение происходит посредством физического фильтра, действующего как катализатор и возвращающего молекулы в их изначальное состояние.

Шведам удалось поднять температуру вокруг своего устройства на 63 градуса всего за несколько минут, однако они твердо намерены улучшить полученный результат. Если эта технология будет доведена до ума, она наверняка станет весьма востребована. Рачительный хозяин ставит на крышу своего дома устройство, которое просто греется под солнечными лучами. Затем, с наступлением зимы, он просто щёлкает выключателем, и у него дома становится тепло. Без счетов за электричество и газ, без вредных выбросов и загрязнения окружающей среды. Этот процесс может повторяться снова и снова. Разве это не замечательно?

Источник

Страна солнца. Что ждет солнечную энергетику в России

Солнечная энергия никогда не была такой дешевой и эффективной, как сегодня. Аналитики прогнозируют дальнейший рост этого сектора мировой энергетики. Сможет ли солнечная генерация играть заметную роль в российском климате — разбираемся вместе с РОСНАНО.

Солнце в мире

На 90% за 10 лет сократилась стоимость солнечных батарей

Солнечная энергия становится все популярнее. По данным аналитиков Ember, за первое полугодие 2020 года глобальная солнечная генерация выросла на 19%. Агентство энергетической информации прогнозирует, что в США производство электричества из возобновляемых источников увеличится на 20% в этом году и еще на 22% — в следующем. Главным драйвером роста станет ввод в эксплуатацию новых мощностей солнечной генерации. А причина быстрого роста популярности этого источника энергии — в низкой стоимости. По оценке Всемирного экономического форума, введение в эксплуатацию солнечных станций обходится дешевле, чем работающих на угле или газе, чего от угля отказываются все охотней в пользу «солнца». К примеру, в Китае доля угля упала на 7%, а ветряной и солнечной энергии — выросла на 6%.

Аналитики Международного энергетического агентства в недавнем докладе назвали солнечную генерацию «самым дешевым способом производства электроэнергии в истории».

Солнечная Россия

В России доля солнечной энергетики в структуре генерирующих мощностей пока остается скромной — всего 0,55% от общей выработки электричества. Но ситуация быстро меняется. Российские солнечные электростанции в 2019 году выработали 1,3 млрд кВт•ч электроэнергии — почти на 70% больше, чем годом ранее. Наибольшую долю в балансе энергосистемы солнечные станции занимают на юге страны, где на них приходится 2,77% установленной мощности.

Производство современных солнечных панелей — сложный наукоемкий процесс. Сегодня такую продукцию выпускают всего 15 стран — примерно столько же способны самостоятельно запускать ракеты в космос.

719,5 мегаватт — суммарная мощность электростанций «Хевел».
>1,3 тыс. мегаватт солнечных генерирующих мощностей в России.

Группа компаний «Хевел» — единственный в России производитель, выпускающий как ячейки и модули солнечных батарей, так и промышленные солнечные электростанции. Суммарная мощность построенных «Хевел» электростанций составляет 719,5 мегаватт — больше, чем, например, Иркутская ГЭС. На долю «Хевел» приходится больше половины солнечных генерирующих мощностей в стране — всего их в России более 1,3 тыс. мегаватт.

Завод, который «Хевел» построил в Чувашии, может выпускать 350 мегаватт солнечных модулей в год. Там компания внедрила российскую разработку — солнечные модули, произведенные по технологии так называемого гетероструктурного перехода. Они эффективно работают в пасмурную погоду, а также при температурах от -40 °С до +85°С. Средний КПД российских модулей составляет 23,5% — то есть почти четверть попадающего на ячейку солнечного света превращается в электроэнергию. Это очень высокий показатель: в мире пока не больше пяти компаний, способных производить такие модули.

Мощности крупнейших солнечных электростанций в России достаточно, чтобы обеспечивать энергией небольшие города. К примеру, электроэнергии, вырабатываемой Фунтовской СЭС, хватает более 30 тыс. домохозяйств в Астраханской области. Кроме того, годовая выработка этой станции позволяет избегать 58 тыс. тонн выбросов углекислого газа и экономить 33 млн кубометров природного газа.

Хотя уровень инсоляции позволяет развивать солнечную энергетику практически на всей территории России, есть регионы, где это особенно оправданно. Наибольшим солнечным потенциалом обладают Приморье, Забайкалье, южные области Сибири и Европейской части России. Парадоксально, но в нашей стране солнца не меньше, чем во многих европейских странах. Например, в Ростовской области или на Дальнем Востоке солнечные станции способны выдавать 1,3 тыс. на 1 киловатт установленной мощности в год — это сопоставимо с Испанией и Францией.

При этом на удаленных территориях солнечная генерация жизненно необходима для надежного обеспечения электричеством. Сегодня за энергоснабжение в изолированных районах Сибири и Дальнего Востока отвечают преимущественно дизельные электростанции — это дорого и неудобно. Решением станет строительство современных гибридных установок — они снизят потребление топлива, сократив время работы дизельных генераторов за счет интеграции в единую систему с солнечными модулями.

Компания «Хевел» первой в России начала устанавливать автономные гибридные энергоустановки в удаленных районах. Пилотным проектом стала электростанция в селе Менза Забайкальского края — она работает с 2017 года. В 2019 году дали ток автономные гибридные станции в селах Мугур-Аксы в Туве. На очереди — запуск гибридных установок в Якутии, которые построят РОСНАНО совместно с УК «Энергосистемы».

Светлое будущее солнечной энергии

Перспективы солнечной энергетики в мире можно описать тремя словами: больше, дешевле, эффективнее. Так, объем мирового рынка солнечной энергетики достигнет $223,3 млрд к 2026 году, увеличиваясь ежегодно в среднем на 20,5%, прогнозируют аналитики ResearchAndMarkets.com.

Бурное развитие солнечной энергетики приведет к падению цены электричества для потребителей. По плану правительства США, себестоимость солнечной электрогенерации сократится еще на 50% к 2030 году.

Эффективность солнечной энергетики продолжит повышаться, а одно из перспективных направлений — это перовскиты, полупроводники с особой кристаллической структурой. Если сейчас средний КПД солнечных ячеек составляет 22%, то благодаря перовскитам он может превысить 27%. Исследования, которые помогут внедрить перовскиты в энергетику, ведутся и в России. Например, ученые МГУ улучшили метод сборки перовскитных солнечных батарей с помощью лазерной резки. Это может еще сильнее снизить их себестоимость.

Еще один тренд — размещение солнечных панелей не только на суше, но и на воде. В конце лета «Хевел» ввел в эксплуатацию первую в России плавучую солнечную электростанцию — ее построили на площадке Нижне-Бурейской ГЭС в Амурской области. Прогнозная годовая выработка составляет 53,5 тыс. кВт•ч. Преимущество плавучих станций в том, что они не занимают ценное место на земле, кроме того, они мобильны — модули можно быстро разобрать и переместить в другую часть водоема.

По оценке Международного энергетического агентства, во всем мире солнечная генерация увеличится на 43% к 2040 году. Это позволит уменьшить объем выбросов парниковых газов и сократить негативные эффекты изменения климата на планете.

Справка

Группа компаний «Хевел» (основана в 2009 году) является крупнейшей в России интегрированной компанией в отрасли солнечной энергетики. В структуру компании входят: производственное подразделение (завод по производству фотоэлектрических модулей в Новочебоксарске, Чувашская Республика), девелоперское подразделение (проектирование, строительство и эксплуатация солнечных электростанций) и Научно-технический центр тонкопленочных технологий в энергетике (Санкт-Петербург), который является крупнейшей в России профильной научной организацией, занимающейся исследованиями и разработками в сфере фотовольтаики. С 2017 года на заводе «Хевел» началось производство солнечных модулей по собственной гетероструктурной технологии. Текущая производственная мощность завода составляет 260 МВт в год.

Источник