Энергия солнца

Солнечная установка с системой слежения

 Крупнейшая в Южной Каролине солнечная установка, разработанная немецкой компанией ИМО, способна поворачиваться вслед за небесным светилом, что делает ее работу еще более эффективной. Конструкция футуристического вида представляет собой огромный металлический квадрат общей площадью 1614 квадратных футов 53-футовой высоты и имеет производительность 22,5 кВт.

Вращающееся основание массивной солнечной панели позволяет ей подстраиваться под направление солнечных лучей. Квадрат сдвигается с интервалом примерно в две минуты.

Эффективность солнечных установок, следящих за расположением солнца относительно фотоэлементов, по сравнению с обычными очевидна. В частности, разработанная специалистами IMO система имеет эффективность примерно на 30 процентов больше, по сравнению с иммобилизованными панелями солнечных батарей, и производит около 42 тысячи киловатт-часов ежегодно. Это количество электричества эквивалентно энергии, получаемой за счет сжигания 34000 фунтов угля.

Энергии, произведенной на этой гигантской солнечной установке, достаточно для годового питания электричеством четырех средних домохозяйств. Как утверждает компания, благодаря использованию только одной этой установки можно достичь сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу до 87 тысяч фунтов в год, что эквивалентно посадке 67 тысяч деревьев.

Компания планирует начать продажи своей солнечной установки с устройством слежения в конце этого года. Ориентировочная стоимость одной такой установки составит до 100000 до 200000 долларов США.

Кстати, компания IMO разрабатывала свой проект, получив грант в размере 150 тысяч долл. США от государственной Поощрительной программы по развитию чистой зеленой энергии, средства которой предоставлялись новым или расширяющимся изготовителям, разрабатывающим свои продукты для модернизации энергетики. Но компания не останавливается на достигнутом, собираясь дальше модернизировать свое устройство слежения, в частности, в настоящее время она разрабатывает специальные кольца, которые призваны облегчить работу вращательного механизма и тем самым обеспечить достижение 40-процентного повышения производительности. 

Техника трафаретной печати для солнечных элементов

 Новые солнечные батареи могут быть напечатаны непосредственно на обычное оконное стекло, превратив его в энергетическое. Идея интеграции солнечных элементов в другие материалы не нова сама по себе, однако, группа ученых из Оксфордского университета предложила наиболее эффективный способ. 

Оксфордские фотогальванические элементы необычны не только тем, что могут непосредственно на окна с помощью технологии трафаретной печати, - интересен, прежде всего, способ их получения. В настоящее время существует много различных технологий изготовления солнечных элементов, начиная от традиционных на основе кремния и заканчивая использованием пластика. В новой разработке используются светочувствительные элементы, имитирующие процесс фотосинтеза растений.

Таким образом, получаются своеобразные «органические» солнечные элементы, имитирующие фотосинтез с помощью красителя, который запускает процесс производства электричества с помощью технологии «выталкивания» свободного электрона.
Техника трафаретной печати позволяет не только легко «запечатывать» поверхность стекла, но способствует защите элементов от неблагоприятных влияний окружающей среды. По утверждению разработчиков, этот способ нанесения солнечных элементов на стеклянную поверхность позволяет увеличить срок эксплуатации до 20 лет – этот срок по СНИПам и другим строительным нормам является достаточным для того, чтобы широко использовать его в строительстве.

Перспективы российских нанотехнологий в солнечной энергетике

 Специалисты из нижегородского Института прикладной физики РАН разработали новый метод получения тонких пленок нанокристаллического кремния, который является перспективным и эффективным материалом для создания солнечных батарей нового поколения.

Суть метода — в осаждении пленки кремния из плазмы на подложку из сапфира. В плазме тетрафторид кремния взаимодействует с водородом и разлагается на составляющие, образуя кремний, который и оседает на подложку. Изменяя соотношение компонентов в исходной газовой смеси, температуру плазмы и подложки, можно регулировать параметры формирующейся пленки. Обычно кремний получают, разлагая пожароопасный газ силан, молекула которого состоит из одного атома кремния и четырех водорода. Его замена на тетрафторид кремния делает технологию более безопасной.

В ходе экспериментов удалось определить технологические режимы осаждения, когда получается пленка со средним размером кристаллов 10 нм. Новая технология позволяет менять изотопный состав напыляемого кремния, увеличивая долю тяжелых изотопов. Такой материал обладает лучшими электрическими свойствами. Впервые массивные образцы изотопно-обогащенного кремния несколько лет назад были получены в Нижнем Новгороде при участии специалистов Института химии высокочистых веществ РАН в рамках российско-европейской совместной научной программы. Теперь ученые могут изготавливать тонкие пленки из этого материала.

Пока что опыты проходят на лабораторной установке, в промышленной необходимо будет использовать более мощный разряд для формирования плазмы. Тем не менее, уже можно говорить о возможности создания промышленной технологии высокоскоростного осаждения слоев кремния с заданными параметрами для микроэлектроники и солнечных батарей.
Нанокристаллический кремний — материал, в котором кристаллы кремния размером в несколько десятков нанометров распределены по матрице из аморфного кремния. На наноуровне действуют квантовые законы, так что электрофизические свойства вещества резко меняются. Ученые рассчитывают этим воспользоваться, чтобы создать более эффективные материалы для солнечных батарей.
Основа нынешней фотоэнергетики — батареи на основе кремниевых пластинок. Сегодня кремниевые батареи используют и большие солнечные электростанции, которые создаются в рамках программ по развитию альтернативной энергетики, и граждане, озабоченные состоянием окружающей среды и ростом тарифов на энергию. КПД преобразования света в электричество у кремниевых батарей достигает 30%, у ближайших конкурентов — органических солнечных батарей хорошим результатом считается КПД на уровне 5—7%. Для создания нового поколения солнечных батарей наиболее перспективной считается конструкция, где слой нанокристаллического кремния заключен между тонкими слоями аморфного кремния: она обеспечивает более высокую эффективность самой батареи, кроме того, отпадает необходимость в массивных подложках из монокристаллов кремния, расход этого дорогого материала уменьшается.

Ранее компания Sharp объявляла, что к 2010 году построит завод по изготовлению трехслойных (нанокристаллический слой между двумя аморфными) тонкопленочных солнечных батарей общей мощностью 1 ГВт в год. Работа нижегородских ученых, выполненная в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2012 годы», закладывает основу создания аналогичной технологии и в России.

Источник: Российский электронный наножурнал