Солнечные батареи вживляются в ткань для создания носимых электронных устройств

Солнечные батареи нового поколения – полный обзор видов. Жми!

Солнечные батареи вживляются в ткань для создания носимых электронных устройств

20 лет назад электричество, добытое из солнечной энергии, казалось нам просто фантастикой. Но уже сегодня солнечными батареями уже никого не удивишь.

Жители стран Европы давно поняли все преимущества солнечной энергии, и теперь освещают улицы, обогревают дома, заряжают различные приборы и т.д. В этом обзоре речь пойдет солнечных батареях нового поколения, созданных для облегчения нашей жизни и сохранения окружающей среды.

Типы СБ

Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите)Сегодня насчитывается более десяти видов солнечных устройств, которые используются в той или иной отрасли.

Каждый вид имеет свои характеристики и эксплуатационные особенности.

Принцип работы кремниевых солнечных батарей: на кремниевую (кремниево-водородную) панель попадает солнечный свет.

В свою очередь, материал пластины изменяет направление орбит электронов, после чего преобразователи дают электрический ток.

Эти устройства можно условно поделить на четыре вида. Ниже рассмотрим их подробнее.

Монокристаллические пластины

Монокристаллическая СБОтличие этих преобразователей в том, что светочувствительные ячейки направлены только в одну сторону.

Это дает возможность получать самый высокий КПД — до 26%. Но при этом панель должна все время быть направлена на источник света (Солнце), иначе мощность отдачи существенно снижается.

Другими словами, такая панель хороша только в солнечную погоду. Вечером и в пасмурный день такой вид панелей дает немного энергии. Такая батарея станет оптимальной для южных районов нашей страны.

Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллическая СБПластины солнечных панелей содержат кристаллы кремния, которые направлены в разные стороны, что дает относительно низкий КПД (16-18%).

Однако главным преимуществом этого вида солнечных панелей — в отличной эффективности при плохом и рассеянном свете. Такая батарея все равно будет питать аккумуляторы в пасмурную погоду.

Аморфные панели

Аморфная СБАморфные пластины получают путем напыления кремния и примесей в вакууме. Слой кремния наносится на прочный слой специальной фольги. КПД подобных устройств достаточно низкий, не более 8-9%.

Низкая «отдача» объясняется тем, что под действием солнечных лучей тонкий слой кремния выгорает.

Практика показывает, что после двух-трех месяцев активной эксплуатации аморфной солнечной панели эффективность падает на 12-16%, в зависимости от производителя. Срок службы таких панелей не более трех лет.

Преимущество их в низкой стоимости и возможности преобразовывать энергию даже в дождливую погоду и туман.

Гибридные солнечные панели

Гибридные СБОсобенность таких блоков в том, что в них объединены аморфный кремний и монокристаллы. По параметрам панели похожи на поликристаллические аналоги.

Особенность таких преобразователей в лучшем преобразовании солнечной энергии в условиях рассеянного света.

Полимерные батареи

Полимерная СБМногие пользователи считают, что это перспективная альтернатива сегодняшним панелям из кремния. Это пленка, состоящая из полимерного напыления, алюминиевых проводников и защитного слоя.

Особенность ее в том, что она легкая, удобно гнется, скручивается и не ломается.

КПД такой батареи составляет всего 4-6%, однако низкая стоимость и удобное использование делает такой вид солнечной батареи очень популярной.

Совет специалистов: чтобы сэкономить время, нервы и деньги, покупайте солнечное оборудование в специализированных магазинах и на проверенных сайтах.

С каждым днем технологии стремительно развиваются, и производство солнечных моделей не стоит на месте. Предлагаем ознакомиться с последними новинками на рынке солнечных систем.

Солнечная черепица

Солнечная черепицаДабы не испортить эстетику кровли дома и при этом получать бесплатную энергию солнца, можно рассмотреть вариант с покупкой солнечной черепицы.

Этот отделочный материал состоит из достаточно прочного корпуса и встроенных фотоэлементов.

Кровельное покрытие вырабатывает достаточно энергии, которую можно использовать в бытовых условиях.

При использовании такого материала-оборудования можно питать отдельно выделенную электросеть или сбрасывать электроэнергию в общую сеть.

В любом случае общие затраты на электроэнергию снижаются.

Лидером по производству солнечной черепицы является компания из России — «Инноватикс». Вот уже более десяти лет она продает высококачественные отделочные материалы со встроенными фотоэлементами.

Интересно, что такую черепицу тяжело отличить от обычного кровельного материала даже при близком расстоянии.

Преимущества солнечной черепицы:

Солнечное окно

Солнечное окноБуквально три года назад на рынке солнечных технологий появилась новая разработка американских конструкторов из «Pythagorus Solar Windows».

Суть инновации в том, чтобы использовать оконное стекло в качестве панели, добывающей солнечную энергию.

Подобные панели по полной используют в высотках европейских городов.

Это позволяет существенно экономить электроэнергию.

Технология солнечных окон представляет собой использование фотоэлементов в виде кремниевых полос, встроенных между стеклами. Помимо того, что окна будут вырабатывать дополнительную электроэнергию, в дополнение окно будет защищать комнату от перегрева, задерживая солнечный свет. Внешне солнечные окна похожи на привычные жалюзи.

Другой производитель солнечных окон «Solaris Plus» предлагает использовать специальные стекла, обработанные специальным кремниевым напылением. Полосы будут преобразовывать солнечные лучи в электроэнергию, которая будет питать АКБ через полупрозрачные проводники.

Гибридные фотоэлементы

В 2015 году американскими конструкторами были разработаны гибридные фотоэлементы, позволяющие преобразовывать электроэнергию не только из солнечного света, но и тепла. Суть конструкции заключается в применении фотоэлементов из кремния и полимерной пленки «PEDOT».

Фотоэлемент фиксируется с пироэлектрической пленкой и соединяется с термоэлектрическим оборудованием, способным преобразовывать тепло в электрический ток.

Тестирование новой гибридной технологии показало, что новая термическая пленка способна вырабатывать в 10 раз больше электроэнергии, чем стандартная солнечная панель.

Системы на основе биологической энергии

Исследования, проводимые специалистами из университета Кембриджа, пока не дали конкретных результатов в области разработки солнечных систем нового поколения, преобразовывающих биологическую энергию (фотосинтез). Последние результаты показали КПД менее 0.4 %.

Но разработки не останавливаются, а ученые обещают, что в ближайшем будущем получать энергию от биологических солнечных систем.

Варианты таких батарей впечатляют:

  1. Лампа дневного света, работающая от обычного лесного мха.
  2. Электростанции в виде больших листьев.
  3. Панели из растений для домашнего пользования.
  4. Мачты из растений, из которых будут добывать электроэнергию и многое другое.

Надеемся на то, что в скором будущем гелиосистемы нового поколения будут использоваться по максимуму. Это даст возможность обеспечить электроэнергией каждый дом на планете, без вреда для окружающей среды.

Смотрите видео, в котором рассказывается о солнечных батареях нового поколения:

Источник: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-novogo-pokoleniya.html

Гибкие солнечные батареи внедрят в текстиль

Придание обычным предметам и вещам необычных свойств прочно входит в наш быт. И не за горами тот день, когда продажа керамических блоков, к примеру, сможет решить одновременно и вопрос освещения жилища, если блоки будут нести функцию аккумулирования и преобразования солнечной энергии в электрическую. Пока же китайские ученые предлагают солнечные батареи, интегрированные в ткань.

По словам разработчиков, идея о создании необычного устройства пришла им на фоне быстрого роста популярности микроэлектроники, внедренной в одежду. Единственной проблемой оставался автономный источник питания, который приходилось крепить на одежде или под ней.

Новый проект, предложенный Хуйшеном Пеном из шанхайского Университета Фудан, поможет обойти данную проблему. Команда ученых сумела создать ткань, которая сама по себе является солнечной батареей.

Строго говоря, инновационная солнечная батарея инкорпорируется в ткань. На выходе получается материал, который по внешнему виду не отличим от обычных тканей, однако умеет генерировать электричество.

Причем неважно, с какой стороны на умную ткань будет попадать свет. Активными являются обе стороны – и лицевая, и изнаночная. Тесты показали, что «солнечный» материал сохраняет свою эффективность даже после двухсот сгибаний/разгибаний.

Стоит отметить, что данная попытка создания гибких солнечных батарей не является первой, однако она стала первой успешной. Ранее специалисты пытались добиться нужных свойств от материалов методом напыления специальных покрытий на требуемые поверхности без строгих постоянных форм, либо путем интегрирования в ткани самих солнечных батарей.

Одним из наиболее перспективных считалось сенсибилизирование солнечных батарей при помощи специального красителя. В них дневной свет поглощается нанесенным пигментом, что приводит к генерации зарядов, которые перетекают в недорогие полупроводниковые секции солнечных панелей.

Солнечные батареи, которые сенсибилизируют особыми красителями, получаются дешевыми и гибкими. Но без герметизации подобные устройства очень быстро теряют свою гибкость и ломаются после нескольких итераций по сгибанию и разгибанию, что приводит к невозможности дальнейшего конвертирования в электричество энергии Солнца.

Именно поэтому Хуйшен Пен пошел по другому пути и инициировал углубленное исследование полимерных солнечных батарей. Несмотря на то, что их КПД вдвое меньше максимальной эффективности солнечных панелей из кристаллического кремния, запаса мощности вполне достаточно, чтобы обеспечивать потребности микроприборов, которые современные технологии предлагают установить на человеке.

Кроме того, полимерные солнечные батареи обладают рядом неоспоримых свойств: они гибкие, обладают малой плотностью и их легко изготовить. Научная команда Пена предлагает «солнечную ткань», которая состоит из микроскопических металлических проводов, сплетенных между собой особым способом.

Используемые провода покрыты слоем активного полимера, который необходим для поглощения дневного света. Также в структуру материала входят нанотрубки из диоксида титана, что обеспечивает ткани электронную проводимость, и дополнительный полимер, который ответственен за дырочную проводимость.

Завершают конструкцию прозрачные электропроводные слои нанотрубок из углерода, которыми ученые покрыли ткань с двух сторон. Именно такое симметричное строение «солнечного материала» обеспечивает ему две активные стороны, позволяющие преобразовывать солнечную энергию вне зависимости от того, куда именно упадет свет.

Испытания показали, что после 200 итераций по сгибанию и разгибанию эффективность тканевых солнечных батарей уменьшилась всего на 0,03% от первоначальной. Эксперты по материаловедению уже высоко оценили новинку, а сами результаты научной работы признали интересными.

Однако материалы, из которых изготавливается «солнечная» ткань, довольно дороги, а технология получения гибких батарей больших размеров с сохранением высокого КПД пока не отработана. По прогнозам аналитиков, как только ученые смогут усовершенствовать эти два момента, новинка станет довольно востребованной в самых разных областях промышленности.

Источник: http://zeleneet.com/gibkie-solnechnye-batarei-vnedryat-v-tekstil/28226/

В россии создали портативную солнечную батарею для чукотских яранг

Исследователи из Научно-технического центра тонкопленочных технологий в энергетике (входит в группу компаний «Хевел») разработали «чемодан» на фотоэлементах, вырабатывающий электричество днем и запасающий его на ночь.

Носимое устройство состоит из двух солнечных батарей с КПД выше 20 процентов, общей мощностью в 105 ватт. Оно позволяет накапливать до половины киловатт-часа, что достаточно для запитывания освещения, подзарядки мобильных телефонов, планшетов и ноутбуков.

Соответствующий пресс-релиз поступил в редакцию «Чердака».

Общая площадь батарей в разложенном виде — около половины квадратного метра. В сложенном — вдвое меньше.

Внутри «чемодана» находится литий-ионный аккумулятор с живучестью не менее 1500 циклов заряда-разряда (при стандартных условиях эксплуатации — до 2000 циклов). Это соответствует нескольким годам службы при ежедневном использовании с полным разрядом всей батареи.

Кроме аккумулятора есть инвертор, превращающий постоянный ток от фотоэлементов в переменный, розетка на 220 вольт и два USB-порта для зарядки электроники.

Читайте также:  Симисторный регулятор мощности (напряжения)

Емкость аккумулятора — 480 ватт-часов. Это соответствует потреблению четырех ярких светодиодных ламп на протяжении 12 часов, или количеству энергии, достаточному для полной зарядки примерно полусотни современных смартфонов или десяти ноутбуков. Предельная мощность, отдаваемая устройством при необходимости, — 250 ватт, однако на ней оно может работать не более пары часов.

Днем разложенный «солнечный чемодан» зарядит свою батарею за время от четырех часов (солнечный день летом) до восьми-двенадцати часов (менее благоприятные условия). Емкость батареи и мощность модулей приведены для базовой комплектации, создававшейся в расчете на условия Чукотского автономного округа.

Чтобы учесть их, в устройство заложена повышенная механическая прочность и устойчивость к низким температурам. Сейчас компания открыла предзаказы на серийные поставки «солнечных чемоданов» в 2019 году.

Параллельно рассматриваются возможности производства версий, отличающихся от базовой комплектации по мощности и емкости.

Исходно «солнечный чемодан» разрабатывался для яранг, не подключенных к сетям удаленных жилищ на Чукотке. Летом длительность светового дня там весьма значительна, что позволяет при необходимости весьма интенсивно заряжать батарею. Подобное устройство может пригодиться и туристам, также зачастую лишенным доступа к энергосетям общего пользования.

В приборе используются гетероструктурные солнечные батареи, сочетающие базовый слой монокристаллического кремния (имеет высокое КПД при близком к прямому углу падения солнечных лучей) и нанесенный поверх него слой микроморфного кремния, с меньшим КПД, но лучшей способностью преобразовывать в электроэнергию лучи, падающие под значительным углом.

За счет этого совокупный КПД двуслойного фотоэлемента выше 20 процентов, причем он остается довольно большим даже под косыми солнечными лучами, то есть вечером, утром, осенью, весной и зимой, когда обычные однослойные монокристаллические фотоэлементы работают не лучшим образом.

На данный момент такие двуслойные солнечные батареи не самая распространенная технология, в силу значительной сложности их изготовления. Например, подобные фотоэлементы выпускает Panasonic (в том числе на совместных с Tesla предприятиях), но в мире подобных производителей пока всего четыре.

«Хевел» начал их производство в Чувашии лишь в прошлом году, и мощность его завода пока довольно небольшая по мировым меркам — 160 мегаватт солнечных батарей в год.

Источник: https://ronin.ru/nauka-i-texnologii/v-rossii-sozdali-portativnuyu-solnechnuyu-batareyu-dlya-chukotskix-yarang.html

Как выглядит технология производства солнечных батарей?

В мире наблюдается постоянный рост потребления электроэнергии, а запасы традиционных источников энергии уменьшаются. Поэтому постепенно растёт спрос на оборудование, которые вырабатывает электричество, используя нетрадиционные источники сырья.

Одним из наиболее распространённых способов получения электричества являются солнечные батареи, работающие от энергии солнца. В их составе работают фотоэлектрические элементы, свойства которых позволяют преобразовывать солнечное излучение в электрический ток.

Для их изготовления используется один из самых распространённых на Земле химических элементов – кремний. В этом материале мы поговорим о том, как кремний превращается в фотоэлектрические элементы.

Проще говоря, мы рассмотрим, что представляет собой производство солнечных батарей, и какое оборудование для этого требуется.

 

Технология производства солнечных батарей

В сфере производства солнечных батарей уже сформировался довольно большой рынок, на котором присутствуют крупные компании. Здесь уже вращаются миллионы долларов и есть бренды, заработавшие репутацию производителей качественной продукции.

Имеется в виду как мировой рынок, так и российский. Технологии, положенные в основу производства солнечных батарей, совершенствуются по мере развития научных исследований в этом направлении. Сейчас выпускаются солнечные батареи самых разных размеров и назначения.

Есть совсем маленькие, используемые в калькуляторах и часах на солнечной батарее. А есть крупные панели, применяемые в гелиосистемах и солнечных электростанциях. Один фотоэлемент имеет небольшую мощность и вырабатывает совсем небольшой ток.

Поэтому их объединяют в солнечные модули. Теперь рассмотрим, как производятся фотоэлементы.

Производство фотоэлементов

Вернуться к содержанию
 

Производство фотоэлементов

Прежде всего, стоит сказать, что на выходе производители получают три вида фотоэлементов:

  • Монокристаллические;
  • Поликристаллические;
  • Из аморфного кремния.

Монокристаллические пластины солнечных элементов можно визуально отличить по однородности расцветки. При их производстве из исходного сырья (кремния) в результате температурной плавки получают слиток монокристаллического кремния. Он имеет высокую степень чистоты и однородность кристаллической решётки.

И ещё один тип фотоэлементов выполняются из аморфного кремния. Для получения некоторых характеристик в него добавляют различные микроэлементы и наночастицы. Производство из этого типа кремния в основном ориентировано на выпуск гибких солнечных батарей. Этот тип панелей имеет самый низкий КПД.

В результате температурной обработки кремния получают бруски цилиндрической формы. Из него нарезают пластины малой толщины. В результате этой операции на поверхности пластин появляются повреждения, которые удаляются травлением и текстурированием.

Это необходимо для того, чтобы улучшить поглощение светового излучения. После такой обработки на поверхности кремниевых пластин образуются микроскопические пирамиды, расположенные хаотичным образом. При попадании на них свет отражается на боковые поверхности других таких пирамид.

Разрыхление текстуры снижает отражающую способность примерно на четверть. Сам процесс травления представляет собой ряд последовательных обработок щелочами и кислотами. Как говорят, специалисты, здесь нельзя перестараться и протравить лишнего.

Слой тонкий и пластина может оказаться непригодной для дальнейшего использования.

Технология производства солнечных фотоэлементов

Сама технология производства фотоэлементов основана на использовании p-n перехода. В пластине фотоэлемента совмещается дырочная и электронная проводимость, p и n-типа, соответственно. Такая конструкция имеет свойства быть барьером и пропускания электрического тока в одном направлении. На этом и основана работа солнечных батарей.

Для укладки на кремниевую пластину полупроводника n-типа на производстве используется фосфорная диффузия. Этот слой находится у поверхности пластины, уходя в глубину примерно на 0,5 мкм.

В результате под действием солнечного света носители заряда противоположного знака проникают на небольшую глубину. Это сделано специально для того, чтобы путь к зоне p-n перехода быть максимально быстрым. В противном случае они могут погасить друг друга при встрече.

В этом случае они не генерируют электрического тока, а значит, расходуются впустую.

В результате диффузии происходит замыкание между лицевой поверхностью пластины с решёткой для съёма тока и обратной стороной, являющейся сплошным контактом. Для удаления этого замыкания применяются различные технологии. Это может быть плазмохимическое или химическое травление.

И также это может выполняться лазером или механическим способом. С помощью плазмохимического травления замыкание удаляется сразу для стопки кремниевых пластин.

Результат этой процедуры во многом зависит от времени обработки, химического состава, площади поверхности элементов и многих других факторов.

Поверхность фотоэлементов

Затем на поверхность пластины наносится текстура для уменьшения отражения. Если этого не сделать, то 10% солнечных лучей отразятся и не будут принимать участия в генерации электрического тока. Покрытие используется для глубокого проникновения света, которое препятствует их отражению обратно.

При создании металлизированной сетки с лицевой стороны пластин представляет собой сложную задачу.

С одной стороны минимум оптических потерь достигается, если линии сетки тонкие и расположены на существенном расстоянии друг от друга.

Если сделать сетку больше, то часть зарядов не будет достигать контакта и будут теряться вхолостую. С другой стороны, если полосы сетки будут слишком тонкими, то пространства для поглощения света будет много.

Теперь, давайте, рассмотрим производство солнечных батарей на этапе сборки их из полученных фотоэлементов.

Вернуться к содержанию
 

Производство солнечных батарей

Производство солнечных батарей можно разделить на следующие основные этапы:

  • Тестирование. На этом этапе проводится замер электрических характеристик. Для этого используются вспышки мощных ксеноновых ламп. На основании результатов испытаний фотоэлементы сортируют и направляют на следующую стадию производства;
  • На второй стадии производства выполняется пайка элементов в секции. Из них формируются секции на стеклянной подложке. Собранные секции переносятся на стекло с помощью вакуумных захватов. Это обязательное требование для исключения механического или иного воздействия на поверхность пластин. Блоки обычно включают в себя 4─6 секций. Секции, в свою очередь, состоят из 9─10 фотоэлектрических панелей;
  • Следующий этап производства – ламинирование. Соединённые с помощью пайки блоки фотоэлементов ламинируют при помощи этиленвинилацетатной плёнки. А также наносится специальное защитное покрытие. Все это делается на оборудовании с ЧПУ. Компьютер следит за такими характеристиками, как давление, температура и др. В зависимости от используемого материала, параметры ламинирования можно изменять;
  • И завершающий этап заключается в изготовлении рамки из алюминиевого профиля и специальной соединительной коробки. Чтобы обеспечить надёжность соединения применяют клей-герметик. На этом же этапе производства проводится тестирование солнечных батарей. При этом измеряются токи короткого замыкания, выдаваемые напряжение (рабочее и холостого хода), сила тока.

Вернуться к содержанию
 

Используемое оборудование

Солидные производители используют при производстве солнечных батарей современное оборудование с программным управлением.

Такой подход обеспечивает минимальную погрешность и разброс параметров собираемых солнечных батарей. Кроме того, компьютерное оборудование позволяет проводить более точное и полное тестирование.

В результате уменьшается количество брака и увеличивается срок службы батарей.

Оборудование для производства солнечных батарей

Давайте, перечислим оборудование, используемое для производства.

  • Столы для перемещения сборок. На этих столах выполняется обрезка, укладка элементов, присоединение соединительной коробки и так далее. Подобные столы имеют неметаллические шарики на поверхности столешницы. Это даёт возможность легко перемещать сборки и не повреждать элементы;
  • Ламинатор. Это оборудование используется для ламинации и все параметры настраиваются в специальном программном обеспечении для автоматической работы. Хотя возможен и ручной режим работы;
  • Инструмент для резки ячеек. Резка выполняется с помощью волоконного лазера. Параметры также задаются программным путём;
  • Оборудование для чистки стеклянных подложек. Процедура проходит в несколько этапов. Сначала используются нейлоновые щётки и моющее средство. Затем проводится поэтапное полоскание деионизированной водой. После этого проводится сушка горячим и холодным воздухом.

Вернуться к содержанию
 

Крупные производители солнечных батарей

Производство солнечных панелей и готовых гелиосистем является прибыльным и перспективным делом. Число приобретаемых батарей растёт из года в год. В результате имеется постоянный рынок сбыта, на который обращают внимание многие крупные производители.

Производители солнечных батарей

Среди мировых производителей можно назвать следующие крупные компании, выпускающие солнечные батареи:

  • Yingli Green Energy. Ежегодно компания выпускает солнечных батарей общей мощностью 2 гигаватта. Они выпускают батареи из монокристаллических и поликристаллических элементов;
  • First Solar. Они были вынуждены закрыть предприятие в Германии, но всё равно являются одними из самых крупных в мире. Выпускают панелей в год общей мощностью 3,5 гигаватт;
  • Suntech Power Ко. Это китайский гигант, производящий продукции на 1,8 гигаватт. Их производственные мощности находятся в восьмидесяти странах мира.
Читайте также:  Мини дрель своими руками

Солнечные батареи российского производства выпускают следующие компании:

  • ООО «Хевел» (Новочебоксарск);
  • «Телеком-СТВ» (Зеленоград);
  • ЗАО «Термотрон-завод»;
  • ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» (Рязань).

В странах бывшего СССР также можно встретить немало производств. К примеру, в Астане. Причём для производства используется местный кремний. При строительстве на предприятии было установлено современное оборудование. Аналогичное предприятие собираются построить в Узбекистане.

Причём строительство также ведут китайские производители.
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта.

Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.

Вернуться к содержанию

Поделиться в социальных сетях!

Источник: http://akbinfo.ru/alternativa/proizvodstvo-solnechnyh-batarej.html

Солнечная энергия: плюсы и минусы солнечных батарей

Как снабжать человечество электроэнергией без вреда для окружающей среды –  главный вопрос, которым не так давно задавались современные исследователи. Мы уже научились добывать энергию с помощью сооружения волновых, приливных, геотермальных, ветряных и солнечных электростанций.

Прогресс технологий подарил нам уникальную возможность использовать Солнце с помощью установленной системы либо же портативных батарей в индивидуальных целях.

В этой статье мы рассмотрим плюсы и минусы солнечной энергии, а также коротко расскажем о том, что собой представляют гелиопанели и где их используют.

Устройство солнечных батарей

Возможность использования солнечной энергии подарила нам такая наука, как гелиоэнергетика. Именно она исследует и разрабатывает устройства, которые занимаются преобразованием излучения Солнца в электрическую и тепловую энергию.

К таким устройствам относится солнечная батарея. Это плоская, с защитным покрытием конструкция из фотоэлементов, являющихся полупроводниками. Они обеспечивают процесс преобразования солнечной энергии в электрическую. Благодаря разнообразию размеров, их применяют в различных сферах жизнедеятельности.

Например, для обеспечения электричеством частного дома потребуется установка, которая включает следующие составляющие:

  • аккумуляторы;
  • контроллер;
  • инвертор.

С помощью инвертора постоянный ток, который создается в ясный день, проходит процесс преобразования в переменный, а далее распределяется на потребителей электричества. Нерасходуемое электричество накапливается в аккумуляторах и  используется ночью или в непогоду. Контроллер следит за зарядом аккумуляторов.

Рассмотрим подробно плюсы и минусы солнечных батарей.

Преимущества

Использование солнечных батарей имеет следующие преимущества:

  • доступность источника энергии;
  • постоянное и независимое энергоснабжение;
  • бесплатное потребление;
  • экологичность;
  • бесшумность;
  • высокая износостойкость.

Каждое из этих достоинств мы опишем более подробно.

Доступность источника энергии

Солнце освещает практически каждый участок поверхности Земли. Поэтому человек может воспользоваться преимуществами использования солнечной энергии. Также следует отметить, что потенциал этого типа энергии в рамках всемирного масштаба многократно превышает потребность в ней.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В отличие от полезных ископаемых, энергия Солнца неисчерпаемая и всеобъемлющая. Конечно, как и все на нашей планете имеет свой конец, так и Солнце может иссякнуть.

Но когда это произойдет – никто наверняка не знает. Помимо этого, ни солнечная панель, ни сам источник не требует каких-либо затрат на содержание.

Этот факт делает вас абсолютно независимым от цен и транспортировки электроснабжения.

Бесплатное потребление

Как мы уже упоминали, Солнце – источник бесплатной энергетики. Некоторые затраты потребуются лишь на установку системы, которая обеспечит вас электричеством. Но в данном случае их можно отнести к долгосрочным инвестициям.

Экологичность

Глобальное потепление – серьезная проблема. Использование солнечных батарей помогает снизить расход природных ресурсов, а их производство и принцип работы не сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу. Поэтому они являются абсолютно экологичными.

При установке системы, перерабатывающей солнечную энергию в электричество, вы можете быть уверенны в ее безопасности для окружающей среды и своих родных и близких.

Бесшумность

Генерация электроэнергии происходит совершенно бесшумно по причине отсутствия движущихся деталей в конструкции солнечных панелей. Устанавливая систему на крыше своего дома, можно не беспокоиться о постоянном гуле, который, например, издают электрические столбы.

Высокая износостойкость

Срок службы такой системы электроснабжения составляет около 25 лет. С течением времени КПД панелей начинает снижаться. В виду простоты конструкции, ее всегда можно заменить на новую.

Недостатки использования солнечных батарей

Солнечная энергия, а именно ее использование, предусматривает также и минусы, не смотря на вышеописанные плюсы.

К недостаткам относят следующие факторы:

  • высокая цена;
  • низкий КПД;
  • большая площадь, занимаемая системой;
  • зависимость работы от погодных условий.

Стоимость монтажа системы, которая сможет удовлетворить индивидуальные потребности человека, непомерно высока. Не говоря уже о том, чтобы снабдить электроэнергией целый дом. Это объясняется следующим пунктом.

Низкий КПД

Продуктивность солнечных батарей намного ниже, по сравнению с традиционными источниками электроэнергии. Например, панель средней работоспособности, площадью в 1 м2 производит мощность около 120 Вт. Этого должно хватить только для зарядки планшета или телефона. Из этого вытекает следующий пункт.

Большая площадь, занимаемая системой

Чтобы обеспечить ваши минимальные потребности в электроэнергии, вам понадобится очень большая площадь. Если, конечно же, речь не идет о зарядке телефонов, планшетов или работы приборов с потреблением низкой мощности.

Зависимость работы от погодных условий

КПД солнечных батарей снижается в пасмурный, облачный день, зимой, при низких температурах и т.д. Ночью, в отсутствие Солнца, источника энергии, производство электричества прекращается. На работу панелей также влияет расположение вашего дома и окон.

Использование солнечной энергии

Помимо удовлетворения индивидуальных запросов потребителей электричества, солнечную энергию используют в различных сферах жизнедеятельности:

  1. Авиация. Благодаря солнечной энергии, самолеты могут не расходовать топливо на протяжении некоторого времени.
  2. Автомобилестроение. Панели могут использоваться для зарядки электромобилей.
  3. Медицина. Благодаря разработкам южнокорейских ученых, мир увидел солнечную батарею, которую используют для приборов, поддерживающих функциональность организма человека, путем вживления под кожу.
  4. Космонавтика. Гелиопанели устанавливаются, например, на спутниках и космических телескопах.

Это всего лишь несколько примеров. Кроме этого, солнечные панели широко используют для обеспечения электроэнергией зданий, а также целых населенных пунктов.

Надеемся, что вышеописанные преимущества и недостатки использования солнечных батарей помогут вам определиться с решением, стоит ли вам обратиться к альтернативным источникам энергии.

Источник: https://batteryk.com/solnechnaya-energiya-plyusy-i-minusy

Ученые НИТУ «МИСиС» создали первый российский гибкий тонкопленочный солнечный элемент, который в разы дешевле аналогов

Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова представила технологию создания тонкопленочного фотоэлемента на основе гибридного металл-органического соединения — перовскита, позволяющего преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%, при планируемых показателях более 20%. В ближайшее время легкие, гибкие и дешевые панели солнечных батарей на основе перовскитов будут использоваться для зарядки и электропитания устройств в спектре от планшета до электросетей зданий.

Альтернативная энергетика формата «solar power» развивается давно и успешно за счет солнечных кремниевых батарей. Однако существенный минус технологии — ее дороговизна из-за высокотехнологического, энергоемкого и токсичного производства кремния, который отличается малой гибкостью, хрупкостью и большой массой панелей, что сильно сужает диапазон его применения.

Металло—органические перовскиты, как класс соединений, — это революция в материалах для оптоэлектроники и солнечной энергетики, которая вывела ее на принципиально новый уровень. Его уникальность в новом механизме преобразования солнечной энергии в электрическую с повышенной эффективностью.

Научный коллектив НИТУ «МИСиС», состоящий из сотрудников Центра энергоэффективности, кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников, совместно с коллегами из университета Техаса в Далласе (University of Texas at Dallas) впервые в России создал прототип тандемного устройства с применением фотовольтаических ячеек в монолитном соединении с использованием углеродных нанотрубок. Многослойный тандем может сочетать в себе подъячейки из перовскита (на основе солей иодида свинца и метил-аммония йода) с традиционными кремниевыми солнечными элементами для преобразования в электричество всего спектра видимого излучения солнечного света.

Главное революционное преимущество перовскитной технологии, выводящее фотовольтаику на новый уровень, — активные слои этих солнечных элементов возможно наносить из жидких растворов на тонкие и гибкие подложки. Так называемая технология «Roll to roll» позволяет размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны. Это могут быть оконные полупрозрачные «энерго-шторы» домов и машин, фасады и крыши зданий, бытовая электроника, гаджеты и т.д.

Таким образом, диапазон применения такой «зарядки от Солнца», по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными батареями, расширяется на порядок — в него попадают вся носимая электроника, автопром, бытовая техника, технологии «умный дом», обеспечение электричеством жилых домов и помещений.

На сегодняшний день расчетная стоимость квадратного метра перовскитных солнечных панелей составляет менее 100 долларов США, тогда как квадратный метр лучших кремниевых обходится в 300 долларов США.

В массовом производстве разница станет 4-6-кратной.

Дешевое производство нового класса устройств позволит значительно сократить использование традиционной энергетики за счет экологически чистой и доступной фотовольтаики.

Кристаллы перовскита были открыты в 1839 году на Южном Урале. Их необычная кристаллическая структура типа ABX3 названа в честь c русского минеролога Львa Перовскoгo, первым обнаружившего одну из их разновидностей.

Сегодня перовскиты для производства фотовольтаических элементов синтезируются из простых и доступных химических элементов, типа йода, солей аммония, бора, свинца.

Гибридные перовскиты, в которых А — органическая молекула (например метил-амин), B — это металл (Pb или Sn), а X — галоген (I, Br, Cl) — это самая передовая область исследований в сфере солнечной энергетики третьего поколения, в которой ожидаются существенные открытия в сфере создания сверхстабильных «сплавов» перовскитов, в том числе, учеными НИТУ «МИСиС».

Профессор Анвар Захидов — ведущий эксперт Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС», руководитель проекта Программы 5-100, профессор университета Техаса в Далласе (США). Руководит совместной российско-американской группой ученых, занимающейся разработкой перовскитных источников энергии.

Источник: http://misis.ru/university/news/science/2016-04/4008/

Подкожная солнечная батарея – РемонтДомСтрой

В Южной Корее создали подкожную солнечную батарею.

Специалисты из Института науки и технологий города Кванджу (юго-запад Республики Корея) разработали миниатюрную солнечную батарею, которая может вживляться под кожу человека для обеспечения бесперебойного питания приборов, имплантируемых в организм, например, кардиостимуляторов. Об этом сообщило министерство науки, информационно-коммуникационных технологий и научного прогнозирования страны.

«Обычные батарейки медицинских электроприборов, помещаемых в человеческий организм путем хирургического вмешательства, действуют не более пяти-восьми лет.

После этого приходится повторно проводить операцию для их замены.

Наше изобретение позволяет решить эту проблему нехватки электроэнергии, к тому же питание обеспечивается круглосуточно всего за два часа подзарядки от солнца», — пояснили ученые.

Изобретение было сделано в рамках проекта, финансируемого южнокорейским правительством. Оно представляет собой гибкую пластинку толщиной в 1/15 человеческого волоса (6-7 мкм).

Площадь батареи мощностью 647 мкВт не превышает 0,07 кв. см.

По словам разработчиков, новинка успешно заряжается, даже если человек наносит на кожу препарат, который блокирует ультрафиолет, поступающий вместе с солнечным светом.

«Мы ожидаем, что наша разработка будет активно использоваться в электронных приборах, вживляемых в человеческий организм и требующих значительных затрат электроэнергии», — отметил профессор Ли Чжон Хо, под руководством которого группой ученых и была создана миниатюрная батарейка.

В удобное для Вас время к Вам приедет специалист и проконсультирует Вас по стоимости и оптимизации процесса ремонта.

  • Доступно
  • Капитально
  • Индивидуально
Читайте также:  Microchip представила первый pic микроконтроллер с 16-битным ацп, 10 msps ацп, цап, usb и lcd

Этапы сотрудничества

С нашей компанией недорогой ремонт – это реальность. Мы подберем материалы и перечень услуг специально под ваш бюджет, при этом гарантированно обеспечивая качество предоставляемых нами услуг
Расчет стоимости с учетом минимизации затратЗаключение
договораПомощь в создании
дизайнаЗакупка и доставка материалаСтарт
работ!

Наши преимущества

БЫСТРЫЙ ВЫЕЗД СПЕЦИАЛИСТА По Вашему желанию будет организован выезд квалифицированного специалиста на объект для составления сметы работ.

Фиксированная стоимость работ Мы гарантируем, что стоимость услуг, указанная в договоре, не увеличится в процессе работ. Любые изменения, вносимые в перечень выполняемых работ и смету, предварительно обсуждаются с заказчиком и фиксируются путем заключения дополнительного соглашения.

Персональный менеджер За каждым объектом закреплен персональный менеджер, который полностью контролирует процесс ремонтных работ, производит расчеты и дает необходимые консультации. Таким образом, заказчик экономит время на общение с прорабом и рабочими.

100% СОБЛЮДЕНИЕ СРОКОВ, ОПЕРАТИВНОСТЬ Мы всегда соблюдаем согласованный график работ. Наши опытные специалисты готовы воплотить самые смелые и оригинальные замыслы в максимально короткие сроки без ущерба качеству ремонта.

ГАРАНТИЯ ЧИСТОТЫ Мы сдаем объект только после проведения генеральной уборки. Для поддержания чистоты в процессе работ ремонтная зона огораживается защитной пленкой, а бригада рабочих регулярно вывозит строительный мусор.

ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО УСЛУГ В нашей компании работают разнопрофильные специалисты, имеющие профессиональное образование и огромный опыт в сфере ремонта помещений. Это позволяет нам оказывать широкий спектр услуг высокого качества.

ГАРАНТИЯ НА ВЫПОЛНЕННЫЕ РАБОТЫ Мы уверены в профессионализме наших сотрудников и в качестве используемых материалов, поэтому предоставляем гарантию на 3 года (при условии правильной эксплуатации заказчиком отремонтированного объекта в соответствии с выданными рекомендациями и учетом нормального износа. Срок гарантии на установленное оборудование устанавливается его производителем). Все гарантийные работы проводятся бесплатно в максимально короткие сроки.

Источник: http://remontdomstroy.ru/stati/podkozhnaya-solnechnaya-batareya/

Солнечные батареи размером А3 печатают на принтере

Достижение успеха в печати солнечных панелей

Недавно группа ученых из разных австралийских университетов разрабатывала технику печати солнечных элементов. Ученые заявили о том, что создание машин, которые способны печатать панели большого размера. Это открывает возможности для пользования солнечной батареи, так как делает изготовление их дешевым, массовым.

Ученым и инженерам уже удавалось печатать солнечные панели размером около 297х420 мм. Это соответствует нормальным размерам листа, формата А3. За десять минут принтер может печатать десяти — метровый лист с солнечным фотоэлементом.

Для печатей панелей ученые используют фотогальванические чернила, принтер, примерно стоимостью $ 200тысяч. Технологии, как отмечают ученые, аналогичны той, что используется при печати изображений на одежде, например на футболках.

 Ученые также отмечают, что делали прорыв, аналогичный принтер другого поколения в 2010 году.

Доктор Уоткинс, с австралийской научно–производственной исследовательской организации CSIRO заявлял: «Панели подобного размера являются просто универсальными.

Можно использовать их в рекламных вывесках, также для освещения. Можно вставить в крышку ноутбука, чтоб добавить к устройству вариант альтернативной батареи», говорит The SlashGear.

Полезное применение солнечных батарей

Авторы самого проекта считают достижение успехом. Говорят о применениях подобных батарей в разных сферах жизни.

  • Батареи смогут находить применение в рекламных вывесках, которые будут высвечиваться с их помощью ночью. Плакаты рекламы теперь станут активными, так как дешевый, надежный источник энергии будет рядом, что даст возможности использовать вместо текстиля, полимеров обычные LCD-панели.
  • А еще такие батареи можно строить в кейсы, сумки, чехлы, даже на крышку портативного устройства, которые могут быть подзаряжены также во время активной работы.

Возможности солнечных панелей

VICOSC занимается подобным проектом уже около трех лет. А начиналось все просто: с печати батареи площадью около 1 см 2, с новым принтером, цена которого составляет примерно 200 тыс долларов. Появилась возможность изготавливать батарею площадью около 30 см2.

В основах технологий лежит пользование полупроводниковых чернил. Они наносятся на поверхности тонкого листа пластика. Принтер напечатает скоростью десять метров в минуту. Это дает хорошую возможность произвести одну батарею форматом А3 всего за две секунды.

Ученые также говорят про возможность наносить печатный состав солнечной панели на абсолютно любую поверхность. В будущем ведь можно будет создать солнечные батареи на поверхностях крыш, окна, стены. Благодаря активному развитию подобной технологии, она может быть первой общедоступной по-настоящему. Это позволит каждому человеку получать нужное количество фото — электрических панелей.

По мере того как все исследователи могут уменьшить масштабы оборудования, возможность этих технологий становятся больше. В конечном итоге мы можем закрывать подобным ламинированием окна многих небоскребов.

Посредством прямой печати на такие материалы как например сталь, мы можем встраивать солнечные панели в кровельных конструкциях.

Органические панели, которые производят почти 10-50 Вт энергии на один квадратный метр, также смогут быть использованы для улучшений эффективности кремниевой батареи.

Прогнозирование будущего применения солнечных панелей учеными

Ученые дальше прогнозируют, что в будущем мировой энергетический микс сможет включить множество нетрадиционных энергетических источников. Мы должны будем оставаться на верхней границе в разработках новой технологии, которая стимулирует науку, поддерживают локальное высокое технологичное производство.

Принтер, возможно, сможет превращать пластик, металл в панели, размером почти с ноготь до формата А3.

  Известный доктор Скотт Уоткинс из  CSIRO говорит, что такие элементы найдут широчайшее применение на крыше домов, также на стеклянных поверхностях, что интересно даже для зарядки личного цифрового устройства.

Почти за три года, как отмечают исследователи могли бы увеличивать размер печатаемых элементов от 2 см до 30 см в ширину.

Источник: http://ecology-of.ru/kontsepty/solnechnye-batarei-razmerom-a3-pechatayut-na-printere/

Методы производства солнечных элементов

Более 85% солнечных батарей производятся на основе моно и поли кремния. Технология их производства достаточно трудная, длительная и энергоемкая. Но обо всем по порядку.

Основные этапы изготовления солнечных монокристаллических элементов:

  1. В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.

  2. Очищенный кремний представляет собой просто разрозненные куски. Для упорядочивания структуры и выращиваются кристаллы по методу Чохральского. Происходит это так: куски кремния помещаются в тигель, где раскаляются и плавятся.

    В расплав опускается затравка – так сказать, образец будущего кристалла. Атомы, располагаются в четкую структуру, нарастают на затравку слой за слоем.

    Процесс наращивания длительный, но в результате образуется большой, красивый, а главное однородный кристалл.

  3. Этот этап начинается с измерения, калибровки и обработки монокристалла для придания нужной формы. Дело в том, что при выходе из тигля в поперечном сечении он имеет круглую форму, что не очень удобно для дальнейшей работы.

    Поэтому ему придается псевдо квадратная форма. Далее обработанный монокристалл стальными нитями в карбид – кремниевой суспензии или алмазно – импрегнированной проволокой режется на пластинки толщиной 250-300 мкм.

    Они очищаются, проверяются на брак и количество вырабатываемой энергии.

  4. Чтобы кремний мог вырабатывать энергию, в него добавляют бор (B) и фосфор (P). Благодаря этому слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора – отсутствие электронов, т.е. дырки (сторона p-типа). По причине этого между фосфором и бором появляется p-n переход.

    Когда свет будет падать на ячейку, из атомной решетки будут выбиваться дырки и электроны, появившись на территории электрического поля, они разбегаются в сторону своего заряда. Если присоединить внешний проводник, они будут стараться компенсировать дырки на другой части пластинки, появится напряжение и ток.

    Именно для его выработки с обеих сторон пластины припаиваются проводники.

  5. Пластинки соединяются сначала в цепочки, потом в блоки. Обычно одна пластина имеет 2 Вт мощности и 0,6 В напряжения. Чем больше будет ячеек, тем мощнее получится батарея. Их последовательное подключение дает определенный уровень напряжения, параллельное увеличивает силу образующегося тока.

    Для достижения необходимых электрических параметров всего модуля последовательно и параллельно соединенные элементы объединяются. Далее ячейки покрывают защитной пленкой, переносят на стекло и помещают в прямоугольную рамку, крепят распределительную коробку.

    Готовый модуль проходит последнюю проверку – измерение вольт – амперных характеристик. Все, можно использовать!

Соединение самих солнечных батарей тоже может быть последовательным, параллельным или последовательно-параллельным для получения требуемых силы тока и напряжения.

Наглядное видео о этапах автоматической сборки, включая: пайку, ламинирование, коммутацию ячеек, установку распределительной коробки, стекла и алюминиевой рамы:

Производство поликристаллических батарей отличается только выращиванием кристалла. Есть несколько способов производства, но самый популярный сейчас и занимающий 75% всего производства это Сименс – процесс. Суть метода заключается в восстановлении силана и осаждении свободного кремния в результате взаимодействия парогазовой смеси из водорода и силана с поверхностью кремниевых слитков, разогретой до 650-1300°C. Освободившиеся атомы кремния, образовывают кристалл с древовидной (дендритной) структурой.

Тонкопленочные батареи производятся в основном по технике испарительной фазы. Сырьем для аморфных фотопреобразователей является кремневодород (силан, SinH2n+2).

Он напыляется на материал подложки (стекло, керамика, металлические или полимерные ленты и пр.) слоем менее 1 мкм.

Водород в составе аморфного кремния (5-20%) меняет его электрофизические свойства и придает ему полупроводниковые качества.

Производство аморфных преобразователей значительно проще кристаллических: без труда создаются пластины площадью более 1 м при температурах осаждения всего 250-400°C. К тому же их полупроводниковыми свойствами можно управлять, подбирая соединения компонентов пленки для получения требуемых параметров.

Технология производства солнечных CIGS батарей тоже заключается в напылении полупроводников. Делается это с помощью вакуумных камер и электронных пушек. Медь (Cu), индий (In) или галлий (Ga) напыляются путем последовательного осаждения на подложку из стекла, покрытой молибденом слоем в 1 мкм. Полученная структура обрабатывается парами селена (Se).

Есть еще один способ изготовления CIGS батарей – метод трафаретной печати или струйного напыления. Основан он на использовании суспензии из частиц металлических оксидов. Ее вязкость позволяет получать как бы чернила для печати. «Бумагой» же могут быть разные материалы: стекло, фольга, пластик.

Метод трафаретной печати для изготовления тонкопленочных батарей используется только известными «солнечными» производителями. Имеет такие преимущества, как высокий коэффициент использования материалов (от 90%), сравнительная дешевизна оборудования, приличный КПД готового продукта – 14%.

Производство кристаллов арсенид галлия, может осуществляться, как и монокристаллов кремния, методом Чохральского – горизонтальной или вертикальной направленной кристаллизации.

Кристаллы получаются  путем вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла.

На картинке приведены схемы выращивания. 

Источник: http://b-eco.ru/articles/solar_cells_production/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector