Применение солнечных батарей

Как работает солнечная батарея? Солнечные батареи используют кремниевые пластины, благодаря которым солнечный свет преобразовывается в электрическую энергию. На данный момент солнечные батареи пользуются достаточной популярностью и спросом. Их применение не ограничивается использованием на предприятиях и солнечных электростанциях производящих электроэнергию. Солнечные батареи используются в космической и телекоммуникационной сферах, медицине, автомобильной сфере и электронике.

На космических аппаратах солнечные батареи, в данное время, служат главным источником электроэнергии. Благодаря своей экологичности такие батареи намного безопаснее чем ядерные и радиоизотопные источники энергии. При этом, интересно знать, что эффективность солнечных батарей в космосе прямопропорционально зависит от расстояния космического аппарата к солнцу. К примеру, эффективность батареи возле Марса, будет намного ниже чем возле Земли, не говоря уже о Венере или Меркурие, возле которых эффективность возрастает в 2 и 6 раз соответственно.

В современных моделях авто, особенно экологичных электромобилях, производители практикуют установку солнечных панелей на крыше автомобиля. Такое расположение призвано обеспечить дополнительным зарядом машину, главное чтобы солнце светило ярко и не было туч. Безусловно, мощности одной такой панели еще недостаточно чтобы можно было навсегда забыть о каких либо дополнительных подзарядках автомобиля.  Также применяют такой источник энергии при создании различной малогабаритной техники, по-типу смартфонов или планшетов. А также внешних источников подзарядки.

Кроме вышеперечисленных способов, панели часто устанавливают на обычных жилых домах. Здесь стоит заметить, что при неплохой эффективности, такие панели окупаются достаточно долгое время. По - этому, использовать дома солнечную батарею, возможно, не самый выгодный вариант, так как окупаемость по времени достаточно долгая. А производительность может недостаточно высокой, в зависимости от условий (недостаток солнца).

Используемые в солнечных батареях кремниевые пластины, на данный момент оптимальный, но не лучший из вариантов. Последнее время ученые активно ищут элементы, которые обеспечат более высокий кпд при преобразовании солнечного света в электроэнергию.

Теперь рассмотрим батареи будущего

1. В Америке была создана солнечная батарея основанная на полупроводниковых кристаллах. Это очень маленькие кристаллы, чей размер не превышает нескольких нанометров. При этом, эти крохотные элементы (квантовые точки) выдают высокий кпд. Особо красноречиво об эффективности этих кристаллов говорят показатели: 114% и 130% внешней и внутренней квантовой эффективности. Если вам эти цифры не о чем не говорят, то обращаем ваше внимание, что ранее до этого момента не один солнечный элемент не демонстрировал показателя выше 100%. Это возможно на данный момент самая перспективная разработка. В то же время, массового производства солнечных панелей основанных на такой технологии не стоит ждать в ближайшее время. Процесс создания такой солнечной панели достаточно сложный и дорогой.

2. Следующее необычное решение применил Прашант Камат, который вместе со своими помощниками создали краску способную генерировать энергию. Она состоит из квантовых точек диоксида титана, которые покрывают сульфидом кадмия, а так же селенидом кадмия, что имеет вид водно-спиртовой смеси. Эту смесь в виде пасты нанесли на стекло с проводящим слоем. После этого обожгли место с нанесенной пастой, в результате чего получилась фотогальваническая батарея. Для того чтобы с помощью такой батареи генерировать ток, вам требуется только электрод, а так же разместить батарею на солнце. После этого вы будете получать электроэнергию. Сила этой разработки заключается в ее относительной простоте, а так же в том, что наносить пасту вы можете буквально куда вздумается. После этого можно ездить на машине и генерировать энергию, покрасить дом и тому подобное. Главное, чтобы было побольше солнца. Это и есть главный недостаток разработки, ведь проблематично будет использовать такой ноу хау в северных регионах, где мало солнца. При этом, поскольку такая "батарея" может не занимать никакого важного места, то она будет приносить вам электрический ток в любой момент когда выглянет солнце. И при этом вы даже можете забыть о ней, ведь это не классическая солнечная батарея, а всего лишь специальный элемент имеющий вид пасты, который можно нанести небольшим слоем на что угодно.

Кпд этой краски совсем не велик, всего 1%, даже сравнительно с обычными кремниевыми элементами этого явно мало ( кпд меньше в 15 раз сравнимо с кремниевыми). Вы можете подумать, какой тогда смысл в такой солнечной "батарее"? эта краска может компенсировать небольшой кпд своей массовостью. Ведь для ее создания не нужно много денег, а если раскрасить большую территорию, то эффект может быть даже большим, чем от нескольких солнечных панелей.

3. А как вам идея создать солнечные батареи основанные на биологических молекулах, обладающими свойством собирать свет? Андреас Мершин воплотил такую идею в жизнь. Кпд итогового продута оказался достаточно низким - 0.1%. Да, это очень низкий показатель. Но! Поскольку это новая разработка, то она имеет еще достаточно вариантов для усовершенствования и развития, о чем и говорят разработчики. При реализации их идей, можно повысить кпд до 1 - 2%. А такой показатель уже достаточно конкурентоспособен. А если еще учесть что себестоимость такой биологической батареи очень низкая, то вероятность ее массовости значительно возрастает. К тому же, буквально каждый сможет сам создать такую установку. Для этого нужно иметь химический реактив и стог свежей травы.

4. Солнечные батареи на основе органических полимеров. В случаи с этим типом, важно наладить их массовое производство. Если это сделать, такие батареи будут дешевле конкурентных моделей, использующих кремний как основу. Даже на данный момент их кпд составляет 10.9% Существуют все шансы на то, что в ближайшие несколько лет полимерные батареи начнут массово производиться, и при этом достигнут показателя кпд в 15%. Такой показатель соответствует уровню кремниевых установок.

5. Еще одной перспективной разработкой являются сверхтонкие солнечные батареи. Японские ученые совместно с австрийскими коллегами создали такой вид батарей, который оказался невероятно тонким и гибким (толщина 1.9 мкм). Это самые тонкие из ранее созданных батарей. Такой "батареей" смогли обернуть человеческий волос. При разработке использовались все стандартные материалы, но вот подложку изготовили из полиэтилентерефталата. Выдает такая батарея кпд в 4.2%, что достаточно хороший результат, а если еще взять во внимание удельную мощность в 10 Ватт на грамм веса, что в 1000 раз больше от батарей с мультикристалическим кремнием. Становится понятно, что такие разработки достаточно перспективны, ведь при своем микроскопическом размере способны выдавать достаточно высокий кпд. Да, производственный процесс не отличается простотой и цена на такие разработки не самая низкая. Но если правильно подойти к вопросу и по-умному оптимизировать производство, можно сократить как расходы.

А когда появились первые солнечные батареи?

Да, немного нестандартный подход я выбрал к построению данной статьи. Обычно начинают с истории. Но поскольку мы движемся только в направлении будущего, именно оно для нас в приоритете. А историю мы познаем ради опыта и интереса. Потому так и поступим.

Вы может быть уже где-то читали подобную информацию, но наверняка во многих источниках речь шла о 19-20 столетиях. Что якобы именно тогда появились первые солнечные батареи. Это верно! Однако это только часть правды. Солнечная энергия используется людьми с самых давних времен. И несправедливо будет сказать, что все те виды древней эксплуатации солнца были чем-то отстраненным от солнечной батареи. Энергия каким-либо образом генерировалась и использовалась. Принцип по-сути один. Единственное отличие в накоплении.

В общем говоря. Углубляясь в историю вспоминается легенда, которая может иметь под собой все основания. Античная Греция.. Архимед..Сиракузы.. Вспоминаете? Речь в легенде была о том, что Архимед используя зажигательные зеркала сжег вражеский флот, осадивший его город. А турецкие султаны использовали солнце для подогрева воды, которую затем использовали в различных целях. А как на счет выпарить морскую воду на солнце, с целью получить поваренную соль? Не вопрос, ведь жители Африки из древних времен пользовались таким методом.

В 18 веке была созданна первая вогнутая линза, с помощью которой можно было поджигать деревья с растояния около 70 метров. А через небольшое время после этого был создан водонагреватель, немецким ученым Соссюром. Конструкция представляла из себя сбитый из дерева ящик, который сверху накрывался стекляной крышкой. В такой емкости в солнечный день, вода нагревалась до 88°С. А французский ученый А. Лавуазье в 1774 году использовал линзу, чтобы сконцентрировать солнечную энергию.

Современная же история, по стандарту, начинается в 1839 году, когда открыли фотогальванический эффект, который подразумевает преобразование энергии солнца в электроэнергию. Открыл этот эффект Александр Эдмон Бакерель. С этого времени, постепенно развивая и дополняя старые разработки, солнечные батареи двигались по пути прогресса. Естественно что за те 100 с лишним лет, от открытия эффекта и до нового времени, чередовались как периоды как интенсивного роста, так и застой. В конечном итоге, развитие обрело большую стремительность в те времена, когда началось производство спутников и активное освоение космоса. А первая промышленная солнечная батарея была установлена лишь в 1985 году.

Генерируемая солнцем энергия намного превышает потребности человечества. Важно только правильно научится использовать эту энергию, в как можно больших объемах, и тогда человечество не будет испытывать больше потребностей в электроэнергии, какие бы грандиозные и энергозатратные проекты мы не внедряли.