Солнечная фотовольтаика – новые технологии

Бурно развивающаяся солнечная фотовольтаика завоевывает все новые и новые рубежи в мировом производстве электроэнергии. О темпах роста производства гелиевого электричества говорит тот факт, что всего за пять лет – с 2010 года по 2015 год – доля его в общемировой выработке электроэнергии выросла с 0.15% в 2010 году до 1.05% в 2015 году. Солнечная электроэнергетика властно входит в нашу повседневную жизнь. Ведь, кроме гигантских солнечных электростанций, для гелиевых фотоэлектрических преобразователей находят самое неожиданное применение во многих сферах, как в промышленности, так и в быту. И уже никого не удивят жилые автомобили и велосипеды на солнечных батареях, различные гаджеты, домашние электростанции.

Автобан на солнечных модулях

В конце декабря 2017 в столице китайской провинции Шаньдун, городе Цзинань открыли первый автобан, дорожное полотно которого было изготовлено из солнечных батарей, покрытых «прозрачным бетоном». Несмотря на кажущуюся хрупкость, покрытие это настолько прочное, что способно выдержать вес небольших грузовиков при любых режимах движения. В покрытие вмонтированы нагревательные элементы, которые включаются при необходимости в морозную погоду. Это предотвращает налипание снега и льда на покрытии, делая движение по этой дороге безопасным в зимнее время. Длина этого участка автобана составляет два километра.

Автобан с солнечными панелями в Китае

Бурно развивающаяся солнечная фотовольтаика завоевывает все новые и новые рубежи в мировом производстве электроэнергии. О темпах роста производства гелиевого электричества говорит тот факт, что всего за пять лет – с 2010 года по 2015 год – доля его в общемировой выработке электроэнергии выросла с 0.15% в 2010 году до 1.05% в 2015 году. Солнечная электроэнергетика властно входит в нашу повседневную жизнь. Ведь, кроме гигантских солнечных электростанций, для гелиевых фотоэлектрических преобразователей находят самое неожиданное применение во многих сферах, как в промышленности, так и в быту. И уже никого не удивят жилые автомобили и велосипеды на солнечных батареях, различные гаджеты, домашние электростанции.

Автобан на солнечных модулях

В конце декабря 2017 в столице китайской провинции Шаньдун, городе Цзинань открыли первый автобан, дорожное полотно которого было изготовлено из солнечных батарей, покрытых «прозрачным бетоном». Несмотря на кажущуюся хрупкость, покрытие это настолько прочное, что способно выдержать вес небольших грузовиков при любых режимах движения. В покрытие вмонтированы нагревательные элементы, которые включаются при необходимости в морозную погоду. Это предотвращает налипание снега и льда на покрытии, делая движение по этой дороге безопасным в зимнее время. Длина этого участка автобана составляет два километра.

Автобан с солнечными панелями в Китае

Вырабатываемая гелиевыми панелями электроэнергия отдается в электрозаправочные станции, построенные вдоль полотна. Таким образом, электромобили здесь смогут заряжаться дешевой энергией. А то, что на полотне будут автоматически растапливаться снег и наледь, значительно облегчит работу дорожных служб, следящих за чистотой трассы. Этой же энергией, накапливаемой в специальных мощных аккумуляторах, запитаны все дорожные знаки и фонари освещения. Автобан был разработан с перспективой на будущее. Предполагается, что в дальнейшем он будет в состоянии обеспечить техническую поддержку беспилотным транспортным средствам, когда эта технология начнет внедряться повсеместно на дорогах Китая.

Сейчас начались полевые испытания новой дороги с фотоэлектрическим покрытием в городе Чжэцзян, в провинции Шаосин.

«Умные окна» — солнечные батареи

Новые исследования американских ученых позволили получить стекло, которое может преобразовывать энергию солнечного света в энергию электрическую. Так называемое «термохромное» стекло, изготовленное в Национальной лаборатории возобновляемой энергии, обладает высокой эффективностью фотоэлектрического преобразования. Многочисленные опыты и эксперименты с различными материалами помогли установить, что для производства такого стекла более всего подходят перовскиты и углеродные монослойные нанотрубки. Полученный материал имеет четко выраженную реакцию на тепло и на степень освещения. При изменении освещенности стекло становится либо прозрачным, либо тонированным.

Термохромное стекло

В составе материала имеется метиламин, определяющий затененность стекла. Молекулы метиламина освобождаются под действием тепла, а при охлаждении поглощаются. Изменение цвета стекла от прозрачного до тонированного и наоборот происходит примерно за три минуты. В состоянии затемнения стекло вырабатывает электрический ток. Степень пропускания стеклом солнечных лучей при нахождении в прозрачном состоянии достигает 68%. В затемненном состоянии стекло пропускает только 3% лучей. Такой результат исследователи получили как компромисс между двумя свойствами стекла – его прозрачностью и способностью вырабатывать электрическую энергию.

В конечном счете, исследователи получили материал, который вырабатывает электричество при солнечном освещении и служит обычным окном, когда наступает темное время суток. Эффективность преобразования солнечного света в электричество у этого материала составляет 11.3%. Однако дальнейшие эксперименты с материалом проявили и негативные свойства стекла. После двадцати циклов изменения цвета резко снижается эффективность преобразования света в электричество. Исследователи связывают это с реструктуризацией затеняющего слоя. В настоящее время ведутся работы по решению этой проблемы.

Ученые надеются на успешное завершение исследований. Тогда полученный материал можно будет успешно использовать при строительстве, для изготовления окон в транспортных средствах, что позволит снизить нагрузку на аккумуляторы при зарядке различных электронных гаджетов.

Новая разработка компании HEVEL

Один из заводов компании HEVEL, находящийся в городе Новочебоксарск, в 2017 году завершил реконструкцию технологической линии, предназначенной для выпуска гетероструктурных гелиевых модулей, эффективность которых превышает 20%.
В феврале 2017 года был запущен и сдан в эксплуатацию участок, на котором изготавливались гелиевые ячейки, составляющие основу солнечного модуля. Это самый ответственный и наиболее сложный этап во всем технологическом процессе. После этого отладка остального оборудования перешла в заключительную стадию, и в апреле был произведен пуск модернизированной технологической линии.

Гетероструктурные солнечные ячейки

Прежняя технологическая линия выпускала тонкопленочные гелиевые панели, имевшие коэффициент полезного действия, не превышающий 11%. Новая технология позволила поставить на поток производство солнечных модулей, эффективность которых более чем вдвое превышает эффективность модулей тонкопленочных. Новая технологическая линия была построена на основе разработок российских ученых из Санкт-Петербургского Научно-технического центра – основного научно-исследовательского подразделения компании HEVEL. При этом все технологические проблемы решались с учетом того, что новая линия будет создаваться в условиях действующего предприятия. Именно такой подход позволил произвести глубокую модернизацию оборудования без замены основных технологических линий.

Новая технологическая линия

Результат новой разработки ученых впечатляет. Сравнивая два одинаковых по размерам модуля, изготовленных по тонкопленочной технологии и по гетероструктурной технологии, получаем совершенно ошеломляющие данные. Если модуль, изготовленный по тонкопленочной технологии, генерировал электрическую мощность 125 ватт, то модуль, изготовленный по гетероструктурной технологии, при тех же размерах, генерировал мощность 300 ватт. Показатель эффективности преобразования солнечной энергии в энергию электрическую у гетероструктурных модулей на сегодняшний день один из самых высоких в мире.

Над повышением эффективности солнечных батарей работают тысячи ученых во всем мире. Последнее их достижение – эффективность солнечной батареи чуть выше 26%. Но это только рекорд, полученный на единичном образце, специально подготовленном для экспериментов. Компания HEVEL на своем заводе серийно производит солнечные модули, коэффициент полезного действия которых строго выдерживается выше установленной нижней границы 20%.

По новой технологии были в десятки раз снижены толщины слоев легированного аморфного кремния и микроморфного кремния, напыляемых на подложки. По старой технологии напыление производилось на стеклянную основу, а по новой – на тщательно очищенные и подготовленные монокристаллические кремниевые пластины. Как результат, почти в полтора раза была снижена стоимость изготовления. Кроме того, при равных площадях гетероструктурные модули генерируют мощность, вдвое большую, чем тонкопленочные панели.

На основании анализа тенденций развития энергетики ученые из Финляндии пришли к выводу, что к 2050 году глобальная мировая экономика может полностью перейти на возобновляемые источники энергии.