Стекла с солнечными панелями

Окна батареи. Прозрачные солнечные батареи. Работа и применение

Сравнительно недавно на рынке солнечной энергии стали появляться инновационные разработки, которые предполагают применение оконных стекол в качестве солнечных батарей. Это очень перспективная технология, которая может найти применение не только в городских высотках, но и во многих иных отраслях. При этом над возможностью преобразования окон в окна батареи работает множество компаний.

Одни предлагают устанавливать тонкие полосы кремниевых фотоэлементов прямо между стеклами в стеклопакетах. По внешнему виду подобные окна батареи напоминают открытые жалюзи, в результате они не перекрывают вид из окна. Другие предлагают использовать для окон стекла со специальным полупрозрачным покрытием. Подобный слой является активным, он преобразует световое излучение в электрическую энергию, аккумулируя в специальных полупрозрачных проводниках. Другие предлагают наклеивать на стекло пленку, обладающую свойствами солнечной батареи.

Устройство

Окна батареи в настоящее время выпускаются двух типов: на гибких подложках и на стеклянных основаниях. Но есть и другие разработки.

• Гибкие варианты напоминают тонировочную пленку, их наклеивают на прозрачные конструкции (панели остекления фасадов, окна и так далее). Их светопропускная способность составляет порядка 70%, что фактически не снижает уровня освещенности помещения. Делают их из гибкого композитного материала, который схож с пластиком.

• Второй вариант прозрачных панелей предполагает нанесение двухслойной пленки на закаленное стекло. На закаленную стеклянную подложку (в некоторых случаях триплекс) наносится тонкая пленка аморфного кремния. На нее сверху напыляется прозрачная микропленка кремния. Микропленка преобразует ИК-лучи, а аморфный кремний — видимый спектр.

• Ряд компаний решили не создавать полностью прозрачный фотоэлектрический элемент. Вместо этого они решили взять TLSC, то есть прозрачный люминесцентный солнечный концентратор. TLSC–материал состоит из органических солей, он поглощает невидимое глазу излучение инфракрасного и ультрафиолетового спектра, в результате оно преобразуется в инфракрасные волны некоторой длины (они также невидимы). Указанное инфракрасное излучение идет к краям пластины, где установлены тонкие полоски фотоэлектрических солнечных батарей.
• Последней разработкой ученых является абсолютно прозрачный материал, который при поглощении солнечного света может генерировать его электричество. Материал представляет пленку из полупроводникового полимера, который насыщен углеродными «мячиками» фуллеренов. Уникальность этого материала в том, что при определенных условиях он формирует упорядоченную структуру, которая напоминает пчелиные соты при многократном приближении.

Принцип действия

• Прозрачные пленки для окон содержат активный люминесцентный слой. Небольшие органические молекулы поглощают определенные длины волн солнечного света. При этом имеется возможность настраивать структуру под определенные длины волн. Так эти материалы могут поглощать лишь ультрафиолет и лучи с практически инфракрасной длиной волны, чтобы впоследствии «подсвечивать» иную длину волны в инфракрасном диапазоне.
• «Светящийся» инфракрасный свет может быть преобразован в электроэнергию при помощи тонких полосок фотоэлектрических солнечных элементов батареи. Вследствие того, что указанные материалы не излучают и не поглощают свет в видимом спектре, то смотрятся они для человеческого глаза абсолютно прозрачно.
• Совершенно новый подход в создании окна батареи демонстрирует технология создания материала, который создает электрический ток при его облучении. Происходит это так:

— Через тонкий слой материала, который находится в жидком состоянии, направляются микроскопические капли воды.
— По мере остывания полимера капли равномерно распределяются по поверхности и испаряются.
— В результате создается текстура из шестиугольников, их плотность определяется скоростью испарения и определяет эффективность переноса заряда. Другими словами, чем плотнее упаковка, тем эффективнее материал.
— Нити полимера распределяются по граням шестиугольников. При этом они остаются пустыми, а сам материал выглядит практически полностью прозрачным. Однако плотно упакованные нити вдоль граней превосходно поглощают солнечный свет, а также проводят электрический ток, который в том числе создается при облучении солнечным светом материала.

Особенности

• Главная особенность уже создаваемых панелей заключается в применении невидимого спектра солнечных лучей, то есть его ультрафиолетовой и инфракрасной частей.
• Поглощение и «переработка» инфракрасного излучения позволяет добиться важного достоинства — минимизация теплового воздействия. Это крайне важно для стран с жарким климатом. Именно ИК-спектр лучей приводит к нагреванию поверхностей и необходимости охлаждать их. Прозрачные панели солнечных батарей поглощают ИК-лучи, при этом не разогреваются сами. В результате можно минимизировать траты на системы охлаждения.
• На текущий момент освоенные технологии прозрачных солнечных батарей демонстрируют малый КПД. Но с усовершенствованием технологий КПД будет повышаться. Даже малая производительность будет окупаться отсутствием необходимости поиска места установки и легкостью монтажа. Значительная площадь стеклянных конструкций, которые фактически не приносят практической пользы, позволит вырабатывать существенное количество электроэнергии.

Достоинства и недостатки

К достоинствам можно отнести:

• Удобство применения, нет необходимости искать дополнительное место для развертывания батарей, ведь они сами размещаются в стекле. Они не занимают места.
• Легкость монтажа.
• Экологичность.
• «электростекла» отбирают часть энергии света, вследствие чего здания меньше нагреваются. Это позволяет снизить затраты на вентиляцию и кондиционирование. Особенно это актуально в странах с солнечным и жарким климатом.
• Возможность широкого применения.

К недостаткам можно отнести:

• Окна батареи не совершенны и многие из них забирают часть света, которое должно попасть в помещение.
• Низкий КПД.
• Малая распространенность.
• Не проработанность технологий.

Перспективы и применение

Окна батареи в ближайшем будущем вполне могут заменить обычные стекла в:

• Домах и других зданиях.
• Электронных приборах.
• Автомобилях.

Некоторые компании уже производят стекла в небольших количествах для установки в зданиях, это японская корпорация Sharp и ряд других. Возможности применения подобного изобретения довольно обширны, но эффективность технологии на данный момент ограничивается несовершенством технологии. Уже апробированные технологии обеспечивают всего 1%, а более продвинутые — 5-7%.

Тем не менее, перспективы прозрачных солнечных батарей обширны. Так замена дисплея смартфона или ноутбука на новый «солнечный» экран позволит существенно увеличить срок его работы без подзарядки. Города будущего смогут превратиться в экологичные электростанции без установки дополнительного оборудования — здания смогут сами себя снабжать энергией.

Источник

В Австралии создали солнечные батареи, которые встроены прямо в оконные стекла

Полупрозрачные солнечные элементы, которые можно встроить в оконное стекло, могут трансформировать архитектуру, городское планирование и производство электроэнергии. Австралийские ученые, создавшие такое изобретение, опубликовали его данные в Nano Energy.

Исследователи преуспели в производстве солнечных батарей на основе перовскита следующего поколения, которые генерируют электричество и пропускают свет. Сейчас они изучают, как новая технология может быть встроена в коммерческие продукты с Viridian Glass — крупнейшим производителем стекла в Австралии.

Эта технология превратит окна в активные генераторы энергии, потенциально революционизируя дизайн здания. Исследователи говорят, что 2 м² солнечного окна будут генерировать примерно столько же электроэнергии, сколько стандартная солнечная панель на крыше.

Идея полупрозрачных солнечных элементов не нова, но предыдущие проекты провалились, потому что они были очень дорогими, нестабильными или неэффективными. Австралийцы изобрели другой подход.

Они использовали органический полупроводник, который можно превратить в полимер, и использовали его для замены обычно используемого компонента солнечного элемента (известного как Spiro-OMeTAD), который демонстрирует очень низкую стабильность, поскольку создает бесполезное водянистое покрытие. Заменитель дал удивительные результаты.

«Эффективность преобразования солнечной энергии на крыше составляет от 15 до 20%. Полупрозрачные ячейки имеют эффективность преобразования 17%, при этом пропуская более 10% входящего света, поэтому они находятся прямо в зоне получения ультрафиолета. Я давно мечтал иметь окна, которые генерируют электричество, и теперь это становится реальностью. Мы будем стремиться разработать крупномасштабный процесс производства стекла, который можно легко перенести в промышленность, чтобы производители могли легко освоить эту технологию».

Яцек Ясениак, Центр передовых технологий ARC в науке об экситонах (Exciton Science) и Университет Монаш.

Солнечные окна станут благом для владельцев зданий и жителей, и принесут новые проблемы и возможности для архитекторов, строителей, инженеров и проектировщиков. Потому что так получается компромисс. Солнечные элементы можно сделать более или менее прозрачными. Чем они прозрачнее, тем меньше вырабатывается электричества, поэтому архитекторам это нужно учитывать.

Он добавил, что солнечные окна, окрашенные в той же степени, что и нынешние коммерческие окна, будут генерировать около 140 Вт электроэнергии на м². Первое применение, скорее всего, будет в многоэтажных домах. Потому что большие окна, установленные в высотных зданиях, дороги в изготовлении. Дополнительные затраты на включение в них полупрозрачных солнечных элементов будут незначительными.

Но даже с дополнительными затратами здание получает электричество бесплатно. До сих пор каждое здание проектировалось исходя из предположения, что окна в основном пассивны. Теперь они будут активно производить электричество. Планировщикам и дизайнерам, возможно, придется даже пересмотреть то, как они размещают здания на площадках, чтобы оптимизировать ловлю стенами солнца.

Сейчас исследователи тестируют тандемное устройство, где будут использоваться солнечные элементы на основе перовскита в качестве нижнего слоя и органические солнечные элементы в качестве верхнего.

Что касается того, когда на рынке появятся первые коммерческие полупрозрачные солнечные элементы, это будет зависеть от того, насколько успешным будет масштабирование технологии. Разработка таких солнечных окон приведет к новым стеклянным инновациям и технологиям в будущем.

Источник

Солнечные окна изменят мировой рынок

Солнечные окна и квантовые точки делают окно источником энергии

Плюсы и минусы солнечных окон

Как делают окна будущего

Альтернативы пленкам есть: окна с квантовыми точками

Между тем, Solar Window не единственная компания, которая преуспела в создании инноваций, позволяющих использовать пространство окна для пополнения и умножения солнечной энергии. Группа американских инженеров из лаборатории в г. Лос-Амос смогла добиться того, чтобы солнечные панели были встроены непосредственно в окно без ущерба для его светопрозрачности.

Стекло превращается в солнечную батарею с помощью «вживленных» в него квантовых точек. Их называют ЛСК — люминесцентные солнечные концентраторы. ЛСК собирают энергию солнца как цветок и направляют свет с больших площадей на микроэлементы. Особенностью ЛСК является то, что ими можно управлять. Например, можно настроить пучок таких точек на сбор света с фиксированной длиной волны и игнорирование всех других волн. Состоят такие квантовые точки из полупроводников и поливинилпирролидона.

Преимущество технологии в долговечности продукта и его устойчивости к различным атмосферным явления. Кроме этого, квантовые точки хорошо интегрируются не только на стекло стандартных размеров, но и в огромные фасадные панели из стекла и полностью исключает необходимость использования дорогих фотоэлектрических материалов. До внедрения в массовое производство инновации не хватает хороших показателей по КПД: 6%. Пока эта цифра остается на отметке 1,9%. При хороших результатах новинка обещает сделать нулевым потребление энергии в городах. Скажем, 12 000 панелей в окнах Всемирного делового центра обеспечат электричеством 350 жилых помещений.

Крыша дома моего – это электрогенератор!

Зеленая энергетика – в массы!

Tesla наиболее известная в производстве энергогенерирующих крыш, но не единственная. Интерес к возобновляемым источникам энергии заставил многих производителей задуматься об их эргономике, эстетике и интеграции в привычную среду: ведь в чистом виде панели выглядят довольно технократично и «бесчеловечно». Отсюда многообразный дизайн крыш, который должен имитировать традиционные строительные материалы, такие как дерево и камень. Компания Sistine Solar производит солнечные панели в виде черепицы, кирпичной кладки и даже мха. Итальянцы из фирмы Dyaqua решили сконцентрироваться на производстве покрытий для исторически ценных зданий: их панели имитируют деревянный брус, камень, старую черепицу.

Подход Tesla более широкий: она работает с энергией в трех аспектах – производство, накопление и транспорт. Черепица для крыш в содружестве с аккумуляторами нового поколения Power 2 полностью реализует задумку Мастер-плана Два от Илона Маска: согласно ему здание полностью переводится в режим работы на солнечной энергии.

Новинки Tesla пока доступны только американцам, но уже готовятся расширить ареал своего применения и начать движение на экспорт. Как это изменит реальный мир и экономику – покажет время. Все перечисленные технологически инновации при условии объедения способны кардинально влиять на развитие оконной индустрии и снижение потребления обычных источников энергии, что приведет к энергетической революции во всем мире.

Конечно, это процесс не одного дня. Сегодня продукты рынка солнечной энергетики все еще являются роскошью для рядового покупателя. Причиной тому, сравнительно высокая стоимость.

Источник

12 преимуществ Double-Glass солнечных модулей

С быстрым развитием индустрии солнечных модулей, многие энергетические компании работают над разработкой высокопроизводительных продуктов. Именно к ним относятся Double-Glass солнечные панели, которые появились на рынке около 5 лет назад. Такие системы считаются наиболее стабильными солнечными панелями с наименьшей потенциальной деградацией и самой большой продолжительностью жизни. Считается, что Double-Glass – одно из лучших решений для высококачественных промышленных и домашних солнечных электростанций.

Почему стекло?

Стекло известно людям уже более 5000 лет. Этот материал широко используется в промышленности и в быту. При использовании его в домашнем хозяйстве этот материал привлекает внимание практичностью и эстетической ценностью, а вот в промышленности важны такие его свойства, как прозрачность, способность изолировать окружающие вещества, отсутствие химической реакции с большинством веществ.

Одним из применений стекла является прозрачная изоляция (экологическая и электрическая) на лицевой панели солнечных батарей. Задняя сторона обычной солнечной панели, как правило, защищена непрозрачным задним листом. Вся конструкция удерживается на месте с помощью алюминиевого каркаса, который обеспечивает прочность и позволяет установку.

Стекло спереди защищает панель и фотоэлементы от механических нагрузок, попадания пыли, влаги и т. д., и при этом пропускает солнечный свет. Для подобных целей, конечно, могут подойти и даже превзойти стекло по своим характеристикам алмаз или «прозрачный алюминий» (оксинитрид алюминия), но они существенно дороже стекла.

Что такое Double-Glass?

В последнее время в мире наметилась тенденция к установке стекла с обеих сторон панели. Такие конструкции называют Double-Glass (солнечные панели с двойным стеклом либо стеклянные солнечные панели).

Как следует из названия, модуль из двойного стекла представляет собой конструкцию, где традиционные алюминиевые рамы и подложка заднего листа заменены другой стеклянной панелью. Таким образом, фотоэлементы полностью заключены в стекло. В результате ячейки лежат на нейтральной оси соединения и, следовательно, не испытывают механического напряжения, когда модуль изогнут, например, при снеговых нагрузках, граде и пр. Кроме того, модуль из двойного стекла менее чувствителен к проникновению влаги или химикатов, чем обычные модули.

Как мы уже говорили выше, в традиционной солнечной панели фотоэлемент заключен в корпус, где стекло расположено спереди, а тыльную часть закрывает непрозрачная стенка из металла или металлопластика. Но подобная конструкция солнечной панели особо уязвима, если она годами подвергается воздействию влаги, перепадов температур и механических нагрузок. Грязь и сырость проникают в панели с такой задней стенкой легче, из-за чего их выходная мощность ежегодно снижается. Поэтому большинство производителей гарантируют, что эффективность их солнечных панелей останется выше 90% в течение первых десяти лет и будет держаться на уровне 80% через 20–25 лет.

В панелях с двойным стеклом гарантируется максимальная защита солнечного элемента, а с ней и более высокая эффективность на протяжении всего срока службы. Вот почему для Double-Glass панелей производители обещают выходную мощность не менее 87% даже через 30 лет.

И хотя такие конструкции дороже и тяжелее традиционных солнечных панелей с непрозрачной задней стенкой, эти недостатки перевешивают преимущества, присущие стеклянным солнечным панелям.

Преимущества Double-Glass солнечных панелей

1. Стекло устойчиво по своим эксплуатационным качествам, почти не стареет. Оно абсолютно непроницаемо, поэтому является влагостойким – это лучший выбор для регионов с высокой влажностью. Влага и кислород не могут проникнуть в такие панели, следовательно, процесс старения модулей практически не происходит.
2. Повышенная надежность и долговечность. Двойная стеклянная панель без защитного листа сзади хорошо отводит тепло, а ее эффективность в течение периода эксплуатации снижается медленнее, чем у традиционных панелей примерно на 30%. Вот почему на модули Double-Glass производители обычно дают гарантию 30 лет, а сами панели генерируют на 25% больше энергии.
3. Увеличение срока службы с 20-25 до 30 лет влечет за собой снижение уровня себестоимости электроэнергии при использовании солнечных панелей Double-Glass. Стеклянная солнечная панель вырабатывает больше электричества в течение более длительного периода времени благодаря гарантированно высокой производительности и большему сроку службы.
4. Повышенная прочность. Double-Glass модули имеют лучшую устойчивость к физическим и механическим нагрузкам. Так, когда солнечные панели стандартного типа подвержены воздействию ветра, снега, града или других факторов, они изгибаются. В результате образуются микротрещины, что снижает эффективность работы панели. В модулях Double-Glass листы стекла сзади и спереди имеют одинаковую толщину, в середине, в нейтральном слое не возникает сжимающее или растягивающее напряжение. Это означает, что встроенные солнечные элементы оптимально защищены от механических воздействий.
5. Устойчивость к химическим реакциям. Стекло не вступает в реакцию со многими химическими веществами и с элементами окружающей среды. Именно поэтому вино, предназначенное для хранения на сотни лет, разливают в стеклянные бутыли. Благодаря такому свойству этого материала между листом стекла и фотоэлементами или эпоксидной смолой, которая удерживает панели вместе, не будет происходить никаких химических реакций.
6. В Double-Glass передний и задний листы стекла имеют одинаковые показатели теплового расширения, значит, они расширяются и сжимаются с одинаковой скоростью. Таким образом, солнечные элементы в панелях Double-Glass подвергаются меньшему стрессу и деформации в горячих или холодных условиях.
7. Практически полное отсутствие PID – деградации, которая вызывается разностью потенциалов. Это еще одно преимущество солнечных панелей с двойным стеклом в сравнении со стандартными батареями. В стандартных солнечных панелях PID может привести к снижению их производительности на 30%. Причиной являются паразитные токи в модулях, особенно те, которые имеют потенциал относительно земли. Эффект усиливается проникновением влаги и температурой. Поскольку двойное стекло может изолировать влагу с обеих сторон, солнечные панели с двойным стеклом практически не подвержены такой деградации.
8. Класс огнестойкости двойного стекла выше в сравнении с обычными панелями, поэтому при пожаре изменения будут менее значимыми, особенно если панели установлены на крыше.
9. Двухслойное стекло лучше защищает фотоэлемент от механических повреждений при монтаже и транспортировке. Поэтому при использовании Double-Glass вероятность появления микротрещин на фотоэлементах к моменту запуска гелиоустановки существенно снижается.
10. Напряжение в системах, где используются панели Double-Glass, составляет до 1500 В (в традиционных модулях до 1000 В). Это помогает снизить итоговую стоимость гелиоэлектростанции при выборе более высокого рабочего напряжения солнечной панели (за счёт стоимости проводов, сетевого инвертора и т.п.).
11. В солнечных панелях Double-Glass не используются рамы, профили, поэтому нет необходимости в заземлении.
12. Полностью гладкая стеклянная поверхность обеспечивает только один коэффициент расширения за счет использования лишь одного материала. Стеклянная поверхность хорошо чистится, с нее легко смывать грязь, на ней не размножаются микроорганизмы, например, не растет мох.

Сегодня панели с двойным стеклом получили широкое распространение во всем мире и широко применяются в промышленности, быту и сельском хозяйстве. Double-Glass модули – отличное решение для того, чтобы удовлетворить постоянно растущие требования динамичного развития отрасли гелиоэнергетики и помочь ее развитию в будущем.

Источник