Svarkin-spb.ru

Плюсы и минусы перовскитных солнечных элементов

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Солнечные батареи: плюсы и минусы

На сегодняшний день преимущества и недостатки солнечных батарей, позволяют говорить об этих источниках энергии, как о самых перспективных на ближайшее будущее. Чем же так хороша солнечная энергия и что позволяет говорить о плюсах батарей не только для дома, но и для крупных предприятий и заводов. Данная статья призвана не только осветить все преимущества, но и раскрыть недостатки, которые либо умалчиваются производителями, либо не раскрываются при продаже.

Преимущества солнечных батарей

  • Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос откуда взять электроэнергию.
  • Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.
  • Кстати, говоря о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.
  • Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.
  • Устанавливая такой источник энергии для дома, Вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.
  • После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, Вы будете получать по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.
  • Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему. Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.
  • Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит Вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.

Минусы и недостатки солнечных батарей

Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выборе источника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.

  • Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.
  • Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.
Читать еще:  Проезд регулируемых перекрестков

  • В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.
  • Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома. Впрочем как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.
  • Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.
  • Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.
  • Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры. Конечно, при бытовом использовании панелей, Вам такие площади не понадобятся, но всё же учитывайте этот момент, если захотите расширятся.

Вот такие плюсы и минусы солнечных батарей. Надеемся наша статья помогла Вам определиться что нужно именно Вам.

Перовскитные солнечные батареи на замену кремнию

Главная страница » Перовскитные солнечные батареи на замену кремнию

Использование энергии солнца, чрезвычайно мощного потенциала Вселенной, рассматривается учёными главной целью обеспечения Земли устойчивым энергоснабжением. Световая энергия преобразуется непосредственно в электричество при помощи уже изобретённых устройств — солнечных батарей. Сейчас (2018 год) большая часть солнечных панелей изготовлена на основе кремния. Элемент 14 группы – кремний, эффективно поглощает свет. Но производство кремниевых панелей обходится крайне дорого.

Перовскитная структура панелей

Учёные мира уже достаточно длительное время работают над альтернативой кремнию – изготовлением структуры панелей солнечных батарей из перовскита. Редкий минерал – титанат кальция (CaTiO3) – он же перовскит, содержит:

Читать еще:  Уход за металлизированным покрытием Black Sapphire

Все элементы распределяются в определенной молекулярной структуре. Материалы с подобной кристаллической структурой называются перовскитными структурами.

Выступая в качестве светособирающего активного слоя фотовольтаической панели, перовскитные структуры (perovskite solar cells) работают идеально. Эффективно поглощают свет солнца, но при этом обходятся производителям дешевле кремния.

Перовскитные фотовольтаические панели интегрируются в систему батарей достаточно легко и требуют относительно простого оборудования.

Так, перовскиты в фотовольтаике попросту растворяют растворителем и распыляют непосредственно на подложку.

Материалы, изготовленные из перовскитных структур, выглядят потенциально революционными устройствами солнечных элементов. Однако есть и серьезный недостаток: при нагревании отмечается нестабильность функционирования.

Технология производства совершенного перовскита

Не так давно перовскит стал целью исследований группы учёных OIST, возглавляемой профессором Ябином Ци (Yabing Qi). Представители Университета Окинавы разработали устройства, где используется совершенно новый материал перовскита.

Структура отличается стабильностью, эффективным действием и относительно дешевым производством. Похоже, японским специалистам удалось создать инновационный элемент фотоволтаических батарей завтрашнего дня. Разработка подробно опубликована на страницах журнала «Усовершенствованные энергетические материалы».

Созданный прототип имеет три ключевых особенности:

  1. Новинка полностью неорганична – это важный момент, поскольку органические компоненты, как правило, показывают слабую термостабильность и деградируют под действием тепла. Поскольку солнечные элементы сильно греются на солнце, высокая стабильность тепла имеет решающее значение. Заменяя органические части неорганическими материалами, исследователи сделали перовскитные элементы более стабильными.
  2. Полностью неорганические перовскитные фотовольтаические панели обладают более низким поглощением света, чем органическо-неорганические гибриды. В этом заключается вторая особенность. Исследователи OIST допировали созданные ячейки марганцем, чтобы улучшить производительность. Марганец изменяет кристаллическую структуру материала, повышает способность собирать свет.
  3. Электроды конструкции панели, предназначенные переносить ток от ячеек на внешние проводники, сделаны из углерода. Обычно электроды делают золотыми. Углеродные электроды значительно дешевле. Их легче производить – по сути, просто напечатать непосредственно на солнечных элементах.

Между тем, учёным предстоит ещё решить ряд проблем, прежде чем перовскитные панели солнечных батарей приобретут коммерческую привлекательность, подобно кремниевым аналогам.

Проблема долговечности перовскита

Долговечность перовскитовых элементов ограничивается 1-2 годами, тогда как практика применения кремниевых аналогов показывает длительность работы до 20 лет.

Учёные продолжают работать над эффективностью и долговечностью новых ячеек. Попутно разрабатывается процесс изготовления в коммерческих масштабах.

Учитывая, насколько скоро эта технология развилась с момента появления перовскитного солнечного элемента (2009 год), будущее новых ячеек панелей солнечных батарей выглядит многообещающим.

Первый российский гибкий тонкопленочный солнечный элемент

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.

Читать еще:  Выбираем присадки в масло двигателя

Нанесение фотоактивных слоев перовскитов

«Ученые НИТУ “МИСиС” стали первым в нашей стране научным коллективом, которому удалось создать прототип тандемного перовскитного фотоэлемента. Проект по разработке альтернативных источников энергии данного типа не имеет аналогов в России, и обещает стать прорывом в сфере автономной энергетики. Сейчас ученые тестируют полученный прототип устройства и планируют перейти к промышленным испытаниям фотоэлемента в 2017 году», — сообщила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

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.

Внешний вид разрабатываемых солнечных элементов и материалов

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.

Загрузка реактивов в перчаточный бокс с инертной средой

По словам руководителя проекта Анвара Захидова, «главным преимуществом гибридных перовскитов является простота их получения из обычных солей металлов и промышленных химических органических соединений, а не из дорогих и редких элементов, используемых в высокоэффективных полупроводниковых аналогах, таких, как солнечные батареи на основе кремния и арсенида галлия. Не менее важно, что материалы на основе перовскита могут быть использованы для печати фото-электроники не только на стекло, но и на другие материалы и поверхности. Это делает батареи гораздо дешевле, чем при более сложных способах получения тонкопленочных солнечных элементов».

Перовскит (кристаллы до 1,5 см). Кольский полуостров, Россия

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector