Ваш регион: Санкт-Петербург 08:55 Мск 08.12.2016
Информационно-аналитический сервис
строительного сообщества
Публикации
30.06.2015

Солнечная энергия: мощные концентраторы, нанотехнологии и креветки

ЕСТП Блог продолжает следить за развитием солнечной энергетики, как в плане увеличения количества солнечных электростанций (СЭС) в России, так и в отношении усовершенствования технологий.

Если вести отсчет с начала года, то новые СЭС строятся на Алтае, в Якутии, БашкирииСтаврополье, в АстраханскойСамарской и Белгородской областях, заработали заводы по производству солнечных модулей в Чувашии и Башкирии, введены в строй СЭС в Якутии и Оренбургской области, продолжается установка солнечных батарей на светофорах и фонарях.

Что же касается технологий, то здесь темпы развития ничуть не медленнее. Совсем недавно мы писали о возможности использования перовскита вместо кремния в составе фотоэлементов, но попытки найти способ еще более удешевить энергию солнца не прекращаются.

Стоимость "чистой" солнечной энергии уже снизилась многократно: с 40 долларов за 1 ватт в 1977 году до 74 центов в 2013, но чтобы сделать ее действительно конкурентоспособной в споре с традиционными источниками энергии этого недостаточно.

Одним из сдерживающих факторов распространения технологии является высокая стоимость даже не самой энергии, а солнечной панели, ведь с "кругленькой суммой" на ее приобретение, которую покупателю придется выложить сразу, расстаться сможет далеко не каждый. Комплект солнечных батарей для электроснабжения частного дома (из расчёта на 10 кВт энергопотребления) в среднем, стоит порядка 1 миллиона рублей. Есть, конечно, варианты и дешевле - но они годятся только для подзарядки телефонов и ноутбуков, или для питания, скажем, одного холодильника.

Стоимость же комбинированных решений, где солнечные панели совмещены с небольшой ветротурбиной, которая позволит вашему дому быть еще более автономным, даже выше.

Толщина и транспортабельность

Решением проблемы высокой стоимости "чистой" энергии может стать новейшая разработка ученых из Австралийского национального научного агентства CSIRO: им удалось разработать фотоэлемент, толщина которого не больше, чем у листа бумаги. Причем, что еще более ценно, изготовить такой элемент можно при помощи всего лишь промышленного принтера (сам по себе такой принтер - вещь не дешевая, и печатать солнечные батареи дома не выйдет, но если сравнивать затраты на производство в промышленных масштабах, выгода становится более очевидной) .

Фотоэлемент, напечатанный на пленке

Рис. 1. Фотоэлемент, напечатанный на пленке

Такие фотоэлементы, в отличие от кремниевых, выглядят как пленка, и имеют ту же гибкость. Соответственно, транспортировка их также значительно удешевляется, потому что не требуется применения дорогостоящих мер предосторожности по ограждению хрупкого оборудования от повреждений.

Изюминка здесь, конечно же, не в самой пленке, а в специальных "солнечных чернилах". Пока что мощность фотоэлементов с их применением не слишком велика - подойдет разве что для зарядки смартфонов и прочей мелкой мобильной техники. Однако у технологии есть и куда большие недостатки, чем малая мощность, которая вполне может быть увеличена со временем.

Речь идет о том, что солнечная пленка не является водонепроницаемым материалом, и более того, попадание влаги может серьезно навредить системе вплоть до загрязнения окружающего пространства свинцом. Пока ученые продолжают работу над преодолением этого серьезного недостатка, в целом, очень перспективной идеи.

Улучшенные концентраторы

Кроме структуры самих фотоэлементов, продолжается и работа над зеркалами-концентраторами, которые используются уже в солнечных электростанциях промышленного масштаба.

Зеркала-концентраторы компании Ripasso

Рис. 2. Зеркала-концентраторы компании Ripasso

Здесь интересна технология шведской компании Ripasso, которой при помощи концентраторов удалось добиться повышения уровня переработки солнечного света в энергию до 34%. Для сравнения - КПД стандартной солнечной батареи составляет где-то 15%. Хотя, мы писали о материале, способном достичь КПД в 90% , шведская технология представляется все же менее сложной и более интегрируемой в современную солнечную энергетику.

Технология заключается в использовании огромных круговых зеркал диаметром 12 метров и площадью 104 кв. м, которые поворачиваются вокруг своей оси, следя за движением солнца. Также, в отличие от СЭС башенного типа, для генерации энергии не нужно использовать воду, так как в новинке используется безотходный индукторный двигатель Стирлинга.

Такой двигатель применительно к преобразованию солнечной энергии действует на гелии или водороде и устанавливается в центре параболического зеркала-концентратора так, чтобы фокус попадал на зону нагрева аппарата. Коэффициент используемой территории составляет 2 га для выработки 1 МВт.

Тестирование таких накопителей начинается в южноафриканской пустыне Калахари.

Томская разработка

Рис. 3. Томская разработка

Однако, есть новые отечественные технологии, способные увеличить КПД строящихся солнечных электростанций. В пример можно привести в разработку студентов Томского политехнического университета (ТПУ) под руководством Александра Петрусева. 

В ней также используются поворотные механизмы и трекеры, следящие за перемещениями солнца по небосводу, однако угол разворота у томской технологии, как утверждают авторы, составляет 200 градусов против зарубежных 150-ти.   

В дополнение к этому разработан и концентратор на основе акрила, который семикратно увеличивает поток солнечных лучей. Традиционно использующиеся для этой цели параболические зеркала, во-первых, существенно тяжелее и дороже. Во-вторых, томская система не нуждается в импорте каких-либо материалов и комплектующих. 

Патент на разработку уже получен. В настоящее время начинается тестирование устройства в школе села Богашево Томской области. Ждем результатов и дальнейшего выхода на коммерческие объемы производства.

Био-нано-технологии в деле

Ну и, конечно, британские ученые, не могли остаться в стороне от гонки солнечных технологий. На этот раз представители колледжа Куин Мэри Университета Лондона предлагают использовать в солнечных панелях панцири креветок.

Чтобы превратить вещество, сейчас отправляющееся в мусорную корзину, в базовый компонент фотоэлементов был использован процесс гидротермальной карбонизации, в ходе которого из хитина и хитозана, содержащихся в панцирях креветок, получаются углеродные квантовые точки. 

Панцири креветок

Рис. 4. Панцири креветок

Квантовые точки - это мельчайшие участки материала-проводника или полупроводника, размеры которых находятся в нано-спектре. Благодаря им в такой точке квантовые эффекты приобретают существенную силу, что позволяет сверхточно регулировать проводимость, изменяя размеры квантовой точки-проводника.

Использовать эту технологию в создании фотоэлементов для солнечных батарей придумали изначально в Университете MIT. Оказалось, что такие фотоэлементы смогут улавливать свет на гораздо большем промежутке длин волн, чем это возможно сейчас. 

Лабораторные испытания наноструктурированных фотоэлементов достигли результатов по КПД в 10 - 35%. Что касается, конкретно хитиносодержащей технологии, то ее эффективность не столь велика (пока на уровне всего лишь 1%). Однако, британские ученые не сдаются, и продолжают свою работу, надеясь разработать дешевые и эффективные органические фотоэлементы, производимые без существенного вреда для окружающей среды, которые к тому же будут еще и утилизировать мусор.

Но даже если КПД хитиновых фотоэлементов никогда не достигнет уровня кремниевых, разработчики предрекают своему детищу вполне радужные перспективы: такой материал в будущем может использоваться для генерации энергии для подзарядки телефонов, которые даже могут быть интегрированы в одежду, чехлы или сумки. Или вполне возможна разработка оконного "стекла" с содержанием прозрачных хитиновых фотоэлементов, которые будут и пропускать достаточно света, и генерировать какое-то количество электричества.

Так что, глядя на темпы как экстенсивного, так и прогрессивного развития солнечных технологий, представляется, что массовый переход на альтернативные источники энергии может произойти в нашей повседневной жизни куда раньше, чем это сейчас может казаться.

  0
  3139
  • Прогресс по внедрению альтернативных источников энергии очевиден в всем цивилизованном мире, Испания не исключение...ART Innova, например, разрабатывает, производит и устанавливает солнечные энергосистемы http://art-innova.com/solar-energy/
Темы
Актуально
Ванная комната с душевой кабиной - дизайнерские хитрости
01.12 Ванная комната с душевой кабиной - дизайнерские хитрости
И снова тема оптимального обустройства и дизайна ванной комнаты. Как втиснуть в пространство все необходимое, но при это сохранить полезное место для себя самого.
 
  2623
Кухня в подарок - обустраиваем рабочую зону
30.11 Кухня в подарок - обустраиваем рабочую зону
Женский взгляд на удобную кухню, и советы мужчинам, как обустроить ее своими руками, чтобы это не отняло у вас много времени и сил.
 
  2752