Приветствуем всех, кому не жаль потратить пару минут на получение интересной информации!
Итак, мы в очередной раз пополнили склад совершенно новой продукцией. Количество новинок не так велико, но зато какое!
С гордостью представляем вам линейку самых эффективных и эффектных солнечных панелей на российском рынке – линейку Eclipse от завода Seraphim, входящего в рейтинг самых надёжных производителей (Bloomberg присвоил Seraphim Solar статус TIER1 ещё в 2015 году).

К заказу доступны две модели солнечных батарей Серафим:

  • Монокристаллическая панель Eclipse SRP-320-E01B
  • Поликристаллическая панель Eclipse SRP-290-E11B

Первая модель выполнена в габарите стандартного монокристаллического 270 Вт модуля и при этом вырабатывает 320 экологически чистых Ватт. Вторая модель соответствует габариту 250 Вт поликристаллического модуля, но эффективность этой панели составляет 290 Ватт - выше, чем у классической монокристаллической батареи такого-же размера. Как удалось достичь такой эффективности? Очень просто и одновременно сложно! Нет никаких фокусов и махинаций: ячейки в солнечных батареях Eclipse уложены таким образом, что практически вся площадь панели занята кремнием, а эффективность всей батареи становится почти равна эффективности кремниевых ячеек, из которых она состоит. Правда ячейки в солнечных батареях Seraphim Eclipse тоже не совсем простые - они выполнены по особой технологии и фактически могут быть "склеены" друг с другом, что снижает потери на внутренних соединениях и также увеличивает итоговую мощность.

Фактически на текущий момент монокристаллическая солнечная батарея премиум класса Seraphim SRP-320-E01B является самой эффективной из имеющихся на Российском рынке.

Также в полку поставляемых нашей компанией моделей солнечных батарей произошло еще одно пополнение: инновационная "прозрачная" солнечная батарея GP Solar GPDP-265W60 мощностью 265 Ватт:

Данная модель представляет собой совершенно новую линейку солнечных батарей. Созданная из двух листов закаленного стекла, тонкая и частично прозрачная (в нашем случае на 10%) солнечная панель - однозначный тренд в мире солнечной энергетики. Предугадывая и возможно даже опережая скорый ажиотаж строителей и архитекторов, а также обычных пользователей мы представляем вам этот новый продукт. Прозрачные солнечные батареи подойдут для тех, кто заинтересован не просто в "утилитарной" составляющей солнечной электростанции, но и в реализации своих творческих, эстетических потребностей. Один - два года назад полупрозрачные панели были лишь любопытной новинкой на специализированных выставках, однако встретив взрывной интерес со стороны потребителей по всему миру Dual Glass продукты появились у каждого уважающего себя производителя. Футуристический дизайн явно намекает на необходимость применения его в архитектурных элементах – ведь находясь рядом с такой панелью будущее становится не только видимым, но и осязаемым.

Помимо стандартного своего предназначения в качестве атрибута крыш и наземных площадок, такие панели могут быть использованы, как основная поверхность стены, забора, навеса, могут стать отличной альтернативой оконным стеклам, либо сердцем архитектурной композиции - этот вопрос мы оставляем на ваше усмотрение. Отметим - прочность этих панелей достаточна для того, чтобы взрослый человек мог спокойно стоять на их поверхности (несущая способность составляет 5400 Па).

Конечно, безрамная технология, хорошо зарекомендовавшая себя ранее в микроморфных модулях Pramac и Hevel, отнюдь не новинка, однако в сравнении с аналогами эти батареи отличаются значительно большей эффективностью. Удельная мощность прозрачных солнечных батарей GPSolar GPDP-265W60 составляет 16,11%, что более чем в 2 раза выше, чем у микроморфных солнечных батарей. Это является неоспоримым преимуществом при организации солнечной электростанции на ограниченной площади крыши или навеса.
Помимо прочего, безрамная солнечная батарея с двумя слоями стекла имеет больший срок службы, поскольку в отличии от традиционных солнечных панелей с алюминиевой рамой не подвержена влиянию разницы между температурной деформацией алюминиевой рамы и стекла (что с годами приводит к повреждениям конструкции, особенно в условиях России, где солнечные батареи ежегодно подвергаются большим перепадам температуры).

Что касается крепления безрамных солнечных батарей - с этим также нет никаких трудностей. Наша компания уже много лет поставляет качественные , о чём давно знают установщики такого типа батарей по всей стране.

Россия сравнительно мало выпускает солнечных панелей, и доля производства энергии за счёт солнца, в России также мала. Тем не менее, производство панелей существует и, вероятно, следует ждать его увеличения в связи с санкциями.

Россия экспортирует свою продукцию (солнечные панели) в Германию и Чехию. Это несколько странно, поскольку Россия также импортирует аналогичную продукцию из стран: Германия, Китай, Тайвань, Таиланд. Можно было бы подумать, что более всего импорт из Китая, но источник утверждает, что это не так, больше всего импорт из Германии.

Перечислим российские компании, выпускающие солнечные батареи (данная информация взята из разных источников, возможно предприятия переименовались или закрылись):

  1. Москва, Зеленоград: ЗАО «Телеком-СТВ».
  2. Москва, Зеленоград: ООО «СоларИннТех».
  3. Краснодар: ООО «Солнечный ветер».
  4. Москва: московское предприятие ОАО «Всероссийский НИИ электрификации хозяйства» (ОАО «ВИЭСХ»).
  5. Краснодар: ОАО «Сатурн».
  6. Рязань: ООО «Солэкс».
  7. Рязань: ОАО «Рязанский завод металлокерамических изделий».
  8. Москва: НПП «Квант».

Производство технического кремния:

  1. Усолье-Сибирское Иркутской области: Nitol Solar (компания Нитол), проект Сибирский кремний (РУСАЛ и РосНано).
  2. Новочебоксарск, Чувашия: Химпром.
  3. Волгоград: Волгоградское ОАО Химпром.
  4. Абакан, Хакасия: Абаканский завод полупроводниковых материалов (АЗПМ).
  5. Железногорск, Красноярский край: Железногорский завод полупроводникового кремния на базе ФГУП «Горно-химический комбинат».
  6. Ленинградская область: ПОЛИСИЛ, международный проект Балтийская Кремниевая долина.

Кое-что сохранилось на Украине и в Казахстане.

Фирмы-производители


 Солнечная батарея от фирмы “Квант”

«Квант» (Москва) . Эта фирма выпускает солнечные панели, в том числе и для космоса.

Данная фирма производит солнечные панели на основе трёхкаскадного аморфного кремния. Её изделия могут работать при температурах от -40 до +75 градусов Цельсия.

Это важный показатель, поскольку с повышением температуры производительность солнечных панелей уменьшается. Поэтому обычно верхний предел большинство производителей указывает в 60 градусов.

«Квант» выпускает модели солнечных батарей серии: БСА (складные), ЭПС.

Мощность батарей БСА: от о.642 Вт, при напряжении 3.4 В до 15.408 Вт, при напряжении 20.4 В. Напряжение холостого хода несколько выше. Кроме того, чем мощнее панель, тем сильнее ток она выдаёт.

Мощность панелей ЭПС: 50 и 100 Вт при напряжении 12.5 В. На основе этих батарей созданы различные устройства.

Коэффициент полезного действия панелей у данной фирмы превышает девятнадцать процентов. А на некоторых моделях достигнут коэффициент полезного действия в двадцать пять – тридцать процентов.

Стоимость – порядка 90 рублей за ватт.

«Солнечный ветер» (Краснодар) . Фирма производит солнечные батареи на основе монокристаллического кремния.

Выпускаются модули мощностью от 5 до 160 Ватт, но можно заказать модуль и на 200 Ватт. Коэффициент полезного действия у данных моделей невелик – от 12 до 20 процентов, в зависимости от покрытия. Производятся также двухсторонние панели.

Напряжение на панелях для серии ФЭМ (двухсторонние) составляет 12, 20 и 24 вольта, но это не на любую мощность. Серия ТСМ (выпускается в Зеленограде) выдаёт напряжения 17, 19 и 34 вольта.


 Солнечная батарея от фирмы “Сатурн”

«Телеком-СТВ» (Зеленоград) . Фирма выпускает солнечные панели мощностью от 30 до 250 ватт серии ТСМ (напряжения: 16.6; 17; 19; 17.5; 30; 31; 34; 36; 38 вольт). Коэффициент полезного действия у них составляет от 24 до 26 процентов, что неплохо. Они могут быть также гибкими и двухсторонними.

Солнечные батареи серии ФСМ могут иметь мощность 300 ватт. Максимальное напряжение у таких панелей: 18; 19; 24; 30; 36; 37; 38 вольт.

«Рязанский ЗМКП» (Рязань) . На сайте компании представлены два модуля с коэффициентами полезного действия от 12 до 70% (сравнительно мало). Мощность от 200 до 240 ватт для напряжений 28-29 вольт. Вторая панель выдаёт мощность от 105 до 145 ватт и напряжение от 20 до 22 вольт.

«Хевел» (Новочебоксарск) . Компания занимается как производством солнечных панелей, так и строительством солнечных электростанций. Мощность выпускаемых солнечных панелей 120 ватт, а выдаваемое напряжение 100 вольт.

«Сатурн» (Краснодар) . Предприятие готовить солнечные панели, в том числе и для космоса. Для геостационарной орбиты выпускаются панели с коэффициентом полезного действия 15,5 и 28%. Удельная мощность 180 и 310 ватт на квадратный метр (соответственно).

«СоларИннТех» (Зеленоград) . Данная фирма выпускает солнечные модули марки Sunways для домов.

Панели выдают мощность в 30 ватт и напряжением 18 вольт. Стоит 2200 рублей. Температура эксплуатации от минус сорока до плюс восьмидесяти пяти градусов Цельсия.

Самая дорога панель стоит двадцать три тысячи, выдаёт мощность сто девяносто пять ватт и напряжение 33 вольта.

Коэффициент представленных панелей, в зависимости от модели, составляет пятнадцать и двадцать процентов.

Обзор батарей, выпускаемых в России

В России выпускается довольно широкий спектр солнечных батарей. Они могут иметь различное назначение, в том числе, выпускаются они и для космоса.

Модули выдают довольно широкий спектр напряжения и мощностей, что позволяет их использовать для питания многих бытовых приборов и ламп. Если этого будет недостаточно, то их можно соединять параллельно и последовательно, повышая, тем самым либо мощность, либо напряжение.

Конструктивно модули могут быть односторонними, двухсторонними, гибкими, складными, тонкоплёночными.

Солнечные батареи, выпускаемые в России, имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия. Как правило, он ниже двадцати процентов, но существуют фирмы, которые выпускают солнечные панели с более высоким КПД. Следует однако отметить, что в стационарном варианте КПД не столь критический параметр.

Если взять наихудший КПД в 12%, и рекордный КПД на данный момент в 46%, то линейные размеры панелей будут отличаться менее чем в два раза. В промышленном исполнении, то, что можно купить за одинаковую цену, линейные размеры будут отличаться слабо, если КПД солнечной панели будет хотя бы 17%.

Рынок солнечной энергетики


Как говорит статистика, рынок солнечной энергетики развивается весьма быстро. Начиная с 1990 года, за двадцать лет производство солнечных элементов увеличилось в пятьсот раз. Согласно прогнозам, за десять лет, начиная с 2008 года, производство солнечных элементов возрастёт в два с половиной раза, а суммарная мощность используемой солнечной энергии возрастёт в пять раз.

Наиболее мощными из них и широко распространёнными сегодня являются гидроэлектростанции. Помимо описанных разрабатываются принципиально иные способы добычи возобновляемой энергии: получение энергии с использованием водорослей (где-то свет, а где-то электричество или водород), использование разности температур в солёной воде (а возможно солёности, или в других случаях) и прочее.


 Солнечные панели на МКС

Солнечные панели используются на космических аппаратах. В космосе трудно добыть энергию, солнечные батареи там очень востребованы. На Земле солнечные панели (и не только панели) используются для создания электростанций. С каждым разом они становятся всё мощнее.

Как писалось выше, подхода два: преобразования солнечной энергии непосредственно в электричество и преобразование солнечной энергии предварительно в тепло. Довольно распространённым элементом солнечные панели являются в, так называемых, ЭКО-домах и просто домах. Там их располагают на крышах.

Также, в подобных домах используют накопление тепла от солнца. Достаточно сказать, что если на улице температура около нуля, то, благодаря, лишь солнцу, в доме можно получить температуру восемнадцать-двадцать градусов Цельсия. И это будет круглые сутки.

В последнее время стали широко распространяться осветительные приборы, заряжающееся от солнца (используют солнечные панели). Это стало возможным с переходом на (лампочки). Такие установки используют в городах для освещения улиц. Но и в быту подобные устройства также применяются. Традиционно, в быту, солнечные элементы используются для подзарядки калькуляторов.

Кроме этого, солнечные панели могут устанавливаться на самолётах, автомобилях и яхтах с целью получения электроэнергии для двигателя, или как дополнительной энергии.

Политика государств также заслуживает внимание. Неизвестно, как сейчас, но в две тысячи десятом году на Украине предлагалось ввести льготы для тех потребителе энергии, которые используют солнечные батареи или иные возобновляемые источники. Аналогичная политика ведётся и в других странах.

Лидерами в производстве солнечной энергии являются страны: Китай, США, Франция, Италия, Германия, Япония.

В России доля гидроэлектростанций в производстве энергии достигает пятнадцати процентов. А вот доля остальных возобновляемых источников энергии в её производстве в России менее одного процента.

Мировые производители солнечных батарей


Лидером в производстве кремния и солнечных батарей на протяжении последнего десятилетия является Китай. Однако его доля несколько спадает, если в две тысячи седьмом году на него приходилось шестьдесят восемь процентов мирового производства, то в две тысяча четырнадцатом году его доля упала до пятидесяти восьми процентов.

Если рассматривать производство солнечных панелей, то после Китая следуют страны: Япония, Тайвань, Германия.

Приведём список компаний, лидирующих в выпуске кремния для солнечных батарей:

  1. Южная Корея: Dow Chemical Corporation (DCC).
  2. США: Globe Metallurgian.
  3. Бразилия: Cia Brasileira Carbureto de Cal-cio (CBCC), Camargo Correa Metais SA.
  4. Германия: Eckart Gmbh and Co.
  5. Испания: Sdad Espanola de Carburos Metalicos SA.
  6. Норвегия: Elkem A/S silicon Metal Division.

20 лет назад электричество, добытое из солнечной энергии, казалось нам просто фантастикой. Но уже сегодня уже никого не удивишь.

Жители стран Европы давно поняли все преимущества солнечной энергии, и теперь освещают улицы, обогревают дома, заряжают различные приборы и т.д. В этом обзоре речь пойдет солнечных батареях нового поколения, созданных для облегчения нашей жизни и сохранения окружающей среды.

Типы СБ

Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите) Сегодня насчитывается более десяти видов солнечных устройств, которые используются в той или иной отрасли. Каждый вид имеет свои характеристики и эксплуатационные особенности.

Принцип работы кремниевых солнечных батарей: на кремниевую (кремниево-водородную) панель попадает солнечный свет. В свою очередь, материал пластины изменяет направление орбит электронов, после чего преобразователи дают электрический ток.

Эти устройства можно условно поделить на четыре вида. Ниже рассмотрим их подробнее.

Монокристаллические пластины

Монокристаллическая СБ Отличие этих преобразователей в том, что светочувствительные ячейки направлены только в одну сторону.

Это дает возможность получать самый высокий КПД - до 26%. Но при этом панель должна все время быть направлена на источник света (Солнце), иначе мощность отдачи существенно снижается.

Другими словами, такая панель хороша только в солнечную погоду. Вечером и в пасмурный день такой вид панелей дает немного энергии. Такая батарея станет оптимальной для южных районов нашей страны.

Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллическая СБ Пластины солнечных панелей содержат кристаллы кремния, которые направлены в разные стороны, что дает относительно низкий КПД (16-18%).

Однако главным преимуществом этого вида солнечных панелей - в отличной эффективности при плохом и рассеянном свете. Такая батарея все равно будет питать аккумуляторы в пасмурную погоду.

Аморфные панели

Аморфная СБ Аморфные пластины получают путем напыления кремния и примесей в вакууме. Слой кремния наносится на прочный слой специальной фольги. КПД подобных устройств достаточно низкий, не более 8-9%.

Низкая «отдача» объясняется тем, что под действием солнечных лучей тонкий слой кремния выгорает.

Практика показывает, что после двух-трех месяцев активной эксплуатации аморфной солнечной панели эффективность падает на 12-16%, в зависимости от производителя. Срок службы таких панелей не более трех лет.

Преимущество их в низкой стоимости и возможности преобразовывать энергию даже в дождливую погоду и туман.

Гибридные солнечные панели

Гибридные СБ Особенность таких блоков в том, что в них объединены аморфный кремний и монокристаллы. По параметрам панели похожи на поликристаллические аналоги.

Особенность таких преобразователей в лучшем преобразовании солнечной энергии в условиях рассеянного света.

Полимерные батареи

Полимерная СБ Многие пользователи считают, что это перспективная альтернатива сегодняшним панелям из кремния. Это пленка, состоящая из полимерного напыления, алюминиевых проводников и защитного слоя.

Особенность ее в том, что она легкая, удобно гнется, скручивается и не ломается. КПД такой батареи составляет всего 4-6%, однако низкая стоимость и удобное использование делает такой вид солнечной батареи очень популярной.

Совет специалистов: чтобы сэкономить время, нервы и деньги, покупайте солнечное оборудование в специализированных магазинах и на проверенных сайтах.

Новые разработки

С каждым днем технологии стремительно развиваются, и производство солнечных моделей не стоит на месте. Предлагаем ознакомиться с последними новинками на рынке солнечных систем.

Солнечная черепица

Солнечная черепица Дабы не испортить эстетику кровли дома и при этом получать бесплатную энергию солнца, можно рассмотреть вариант с покупкой солнечной черепицы. Этот отделочный материал состоит из достаточно прочного корпуса и встроенных фотоэлементов.

Кровельное покрытие вырабатывает достаточно энергии, которую можно использовать в бытовых условиях. При использовании такого материала-оборудования можно питать отдельно выделенную электросеть или сбрасывать электроэнергию в общую сеть.

В любом случае общие затраты на электроэнергию снижаются.

Лидером по производству солнечной черепицы является компания из России - «Инноватикс». Вот уже более десяти лет она продает высококачественные отделочные материалы со встроенными фотоэлементами.

Интересно, что такую черепицу тяжело отличить от обычного кровельного материала даже при близком расстоянии.

Преимущества солнечной черепицы:

  1. Полупроводниковый материал, который используется при соединении фотоэлементов, сократили в 4 раза.
  2. Инновационная система фокусировки солнечного света позволяет получать в 5 раз больше энергии.
  3. Средний срок эксплуатации солнечной черепицы составляет 20 лет.
  4. Относительно небольшой вес черепицы не имеет негативного давления на кровлю.
  5. Прочность солнечной черепицы позволяет ее использовать при любых погодных условиях. Черепица спокойно выдерживает град и другие осадки.
  6. Простота креплений позволяет надежно устанавливать черепицу в самые короткие сроки.

Солнечное окно

Солнечное окно Буквально три года назад на рынке солнечных технологий появилась новая разработка американских конструкторов из «Pythagorus Solar Windows». Суть инновации в том, чтобы использовать оконное стекло в качестве панели, добывающей солнечную энергию.

Подобные панели по полной используют в высотках европейских городов. Это позволяет существенно экономить электроэнергию.

Технология солнечных окон представляет собой использование фотоэлементов в виде кремниевых полос, встроенных между стеклами. Помимо того, что окна будут вырабатывать дополнительную электроэнергию, в дополнение окно будет защищать комнату от перегрева, задерживая солнечный свет. Внешне солнечные окна похожи на привычные жалюзи.

Другой производитель солнечных окон «Solaris Plus» предлагает использовать специальные стекла, обработанные специальным кремниевым напылением. Полосы будут преобразовывать солнечные лучи в электроэнергию, которая будет питать АКБ через полупрозрачные проводники.

Гибридные фотоэлементы

В 2015 году американскими конструкторами были разработаны гибридные фотоэлементы, позволяющие преобразовывать электроэнергию не только из солнечного света, но и тепла. Суть конструкции заключается в применении фотоэлементов из кремния и полимерной пленки «PEDOT».

Фотоэлемент фиксируется с пироэлектрической пленкой и соединяется с термоэлектрическим оборудованием, способным преобразовывать тепло в электрический ток.

Тестирование новой гибридной технологии показало, что новая термическая пленка способна вырабатывать в 10 раз больше электроэнергии, чем стандартная солнечная панель.

Системы на основе биологической энергии

Исследования, проводимые специалистами из университета Кембриджа, пока не дали конкретных результатов в области разработки солнечных систем нового поколения, преобразовывающих биологическую энергию (фотосинтез). Последние результаты показали КПД менее 0.4 %.

Но разработки не останавливаются, а ученые обещают, что в ближайшем будущем получать энергию от биологических солнечных систем.

Варианты таких батарей впечатляют:

  1. Лампа дневного света, работающая от обычного лесного мха.
  2. Электростанции в виде больших листьев.
  3. Панели из растений для домашнего пользования.
  4. Мачты из растений, из которых будут добывать электроэнергию и многое другое.

Надеемся на то, что в скором будущем гелиосистемы нового поколения будут использоваться по максимуму. Это даст возможность обеспечить электроэнергией каждый дом на планете, без вреда для окружающей среды.

Смотрите видео, в котором рассказывается о солнечных батареях нового поколения:


В последние годы человечество широко использует солнечные батареи в качестве альтернативного источника энергии. Используемые сегодня керамические фотоэлементы в системах преобразования солнечного излучения в электрическую энергию, постоянно совершенствуются с целью увеличения КПД. Кроме того, традиционные панели, которые не всегда вписывались в дизайн экстерьера постепенно уходят в прошлое, а на смену им приходят новые дизайнерские конструкции.

Чтобы не испортить внешний вид дома, необходимо использовать солнечную черепицу с интегрированными фотоэлементами. Такое кровельное покрытие способно совмещать свои основные функции, связанные с защитой жилища с выработкой электроэнергии, которая может использовать для бытовых нужд. При использовании для кровли солнечной черепицы имеется возможность сбрасывать излишки получаемой электроэнергии в общую электросеть, таким образом, уменьшая собственные затраты.

На современном рынке самым известным зарубежным производителем является английская компания«Solar Slate», которая выпускает высококачественные кровельные изделия с встроенными фотоэлементами, которые даже при близком расстоянии невозможно отличить от стандартного покрытия.

Уверенно себя чувствует на рынке и российская компания «Инноватикс», которая производит черепицу с встроенными фотоэлементами мощностью 6, 8 и 10 Вт. Причем отличительными особенностями изделий является следующее:

  • Количество используемого при производстве полупроводникового материала уменьшено в 4 раза;
  • Специальная оптическая система позволила достичь четырехкратной концентрации солнечного излучения.

Такие конструкторские новшества позволили снизить стоимость изделий. И на сегодня цена солнечной черепицы от отечественного производителя приблизительно в 3 раза ниже зарубежных аналогов.

Основные достоинства любой солнечной черепицы:

  • Длительный срок эксплуатации, который может составлять более 20 лет;
  • Малый вес панелей, что не утяжеляет кровельную конструкцию;
  • Высокая прочность и устойчивость к неблагоприятным атмосферным явлениям.

Монтаж солнечной черепицы не сложен. Важно, что панели с фотоэлементами полностью совместимы со стандартными изделиями и могут устанавливаться в нужном месте кровли, полностью сочетаясь с общим покрытием.

Видео “солнечная черепица”:

Не так давно на рынке использования солнечной энергии появились инновационные разработки, предполагающие использование оконных стекол в качестве солнечных батарей. Американская компания «Pythagorus Solar Windows» предложила устанавливать фотоэлементы непосредственно в стеклопакетах.

Такие модули оптимально использовать в городских высотках, которые требуют больших затрат электроэнергии. При этом нет возможности покрывать ее расход, используя традиционные солнечные батареи в связи с малой площадью кровли.

Технология предусматривает установку тонких полос кремниевых фотоэлементов непосредственно между стеклами в стеклопакетах. В этом случае они не только будут вырабатывать электроэнергию, но и защищать внутренние помещения зданий от перегрева, блокируя солнечные лучи. По внешнему виду такие окна напоминают открытые жалюзи, поэтому не перекрывают вид из окна.

Другие разработчики предлагают для окон использовать стекла со специальным полупрозрачным покрытием. Такой слой является активным и преобразует световое излучение в электрическую энергию, которая аккумулируется в специальных полупрозрачных проводниках.

Видео на английском:

Сегодня учеными разработан гибридный солнечный элемент, который позволяет для выработки электроэнергии использовать не только световое излучение, но и тепло. В конструкции такой панели фотоэлемент соединен с полимерными пленками. Сегодня в процессе самых оптимальных характеристик ученые экспериментируют с различными материалами.

Наиболее эффективным показал себя чистый полимер с хорошей проводимостью под названием PEDOT. Такая пленка покрывается тонкопленочным солнечным элементом и устанавливается на специальную пироэлектрическую тонкую пленку и термоэлектрическое устройство. С помощью данных компонентов производится преобразование тепловой энергии в электричество.

Экспериментальным путем было установлено, что нагреваясь под солнечными лучами, такое устройство может собирать в 20 раз больше энергии в сравнении со стандартными солнечными модулями.

Видео “новые гибридные солнечные батареи” (на английском):

Солнечные батареи на основе квантовых точек

Группой ученых университета Торонто был создан принципиально новый материал, который позволяет преобразовывать солнечное излучение в электрическую энергию. Принцип его изготовления основан на использовании полупроводниковых наночастиц, которые имеют название квантовые точки.

Взвесь полупроводниковых наночастиц легко может наноситься на любую поверхность, подобно аэрозоли. Такой инновационный подход существенно снижает стоимость производства солнечных батарей, а, следовательно, предполагает уменьшения стоимости солнечной энергии.

Результаты исследований показали, что новый материал позволит создать высокоэффективные системы преобразования светового излучения в электрическую энергию.

Солнечные батареи на базе биологической энергии

Группа ученых Кембриджского университета уже в течение нескольких лет занимается разработкой солнечных батарей нового поколения, работающих на базе биологической энергии от фотосинтеза растений. К сожалению, пока не удалось достичь значительного прорыва в этой области, и КПД от таких систем зафиксирован на уровне 0,1 %. Но, тем не менее, такие разработки заслуживают внимания в связи с низкой затратностью и простотой внедрения.

Сегодня учеными разрабатываются уникальные концепции биологических солнечных батарей. К примеру, среди вариантов имеются:

  • Лампы, источником питания для которой является мох;
  • Колонии «зеленых мачт» из быстрорастущих растений, которые могут стать украшением любого города;
  • Отдельные панели для домашнего использования;
  • Офшорные электростанции, напоминающие по внешнему виду листья кувшинок.

Солнечные батарее нового поколения позволят в недалеком будущем использовать в максимальном количестве солнечную энергию. Это позволит обеспечить электроэнергией самые отдаленные места на планете и заменить традиционные источники электроэнергии экологически чистыми и возобновляемыми.

На протяжении многих тысячелетий человечество использовало природные ресурсы для получения энергии. Начиная с дров, которые сжигали, чтобы согреться и приготовить пищу, и заканчивая атомной энергетикой. Земные запасы оказались невечными, а потребности современного общества несопоставимо высокими, по сравнению с процессами возобновления. Самым перспективным направлением в поисках альтернативных источников энергии стали новые технологии солнечных панелей.

Гениальное изобретение

Уже в конце XIX ст. ученые стали задумываться над использованием энергии Солнца. Поводом послужила работа известного французского физика А. Беккереля – «Электрические явления, происходящие от освещения тел». В ней он описал фотовольтаический эффект – возникновения напряжения или электрического тока в веществах под воздействием света. Неоценимый вклад в 1873 г. сделал английский инженер-электрик У. Смит, открывший фотопроводимость селена. В 1887 г. немецкий физик Герц открыл внешний фотоэффект, изучив выход электронов из вещества при воздействии на него светом.

Еще более полувека ученые трудились над созданием прямого преобразователя света в электроэнергию. В 1950-х гг. специалистами компании Bell Laboratories была создана первая полноценная солнечная панель. Новые технологии сразу вызвали огромный интерес в космической сфере и, спустя всего 4 года, в космос были запущены американский и советский спутники, оснащенные солнечными батареями.

Солнечная энергия сегодня

Казалось бы, зачем строить ядерные реакторы, когда чуть более чем в 8 световых минутах от нас находится термоядерный источник колоссальной энергии – Солнце. Если представить мощность фотонного потока в Ваттах, то в среднем с учетом полюс-экватор, день-ночь и лето-зима, получится 325 Вт на 1 м². Учитывая площадь поверхности земли – 510,1 млн. км², выходит, что наша планета постоянно принимает 165,7 триллионов кВт в час.

За одни сутки от Солнца на Землю поступает столько энергии, сколько не смогут выработать за год все электростанции мира.

Преобразование световой энергии

В настоящее время использование энергии Солнца стало актуальной задачей. Ведь это самый дешевый и экологически чистый способ получения электроэнергии и тепла. По сравнению с ТЭС, конечная цена электроэнергии для потребителя обходится на 80% дешевле. Потребность в альтернативных источниках недорогой электроэнергии повысила спрос на солнечные батареи, а конкуренция между производителями дала стимул научным разработкам новых технологий.

Существует 3 способа преобразования световой энергии, которые уже широко применяются по всему миру.

Это самый простой способ с применением недорогого оборудования. Принцип действия заключается в нагревании воды Солнцем. Такие установки до недавнего времени применялись в основном только в жарких странах для горячего водоснабжения. Современные коллекторы, произведенные в России, рассчитаны для эксплуатации в северных регионах. При температуре на улице — 10°C в ясную погоду они нагревают воду до 80-90°C.

Сравнительно новая технология, которая активно внедряется в Германии. Изначально установка была задумана для получения дешевого водорода без причинения вреда окружающей среде. Сам водород ‒ это самое экологическое топливо. В отличие от углеводородов, продукт его сгорания ‒ обыкновенный водяной пар (H 2 + 0,5 O 2 → H 2 O). В ходе разработок был получен целый энергетический комплекс, способный обеспечить частное хозяйство электроэнергией, горячим водоснабжением и отоплением. В хорошую погоду электроэнергию вырабатывают батареи, а излишки энергии расходуются на получение водорода. При недостатке генерированного электричества, в ход пускается накопленный водород. Ведущие производители таких комплексных систем ‒ это компании HPS Home Power Solutions GmbH и CNX Construction.

Прямое преобразование энергии Солнца в электрическую постоянно совершенствуется и расширяется. Стремительный рост внедрения СЭС подтверждается статистикой. В 2005 общая мощность солярных проектов составляла всего 5 ГВт, а уже в 2014 – 150 ГВт. Сегодня в мире существует множество таких электростанций, самые крупные из которых:

  • «Топаз», Калифорния – 1096 МВт;
  • «Agua Caliente», Аризона – 626 МВт;
  • «Mesquite», Аризона – 413 МВт;
  • «Solar Ranch», Калифорния – 399 МВт;
  • «Хуанхэ», Цинхай – 317 МВт;
  • «Каталина», Калифорния – 204 МВт;
  • «Xitieshan», Цинхай – 150 МВт;
  • «Нинся Qingyang», Нинся – 150 МВт;
  • «Перово», Крым – 133 МВт;
  • «Серебро», Невада – 122 МВт.

В России в настоящий момент работает 23 СЭС общей мощностью 250,318 МВт. К тому же применяемое оборудование постоянно модернизируется, а мощности наращиваются.

В настоящее время в стадии проектирования и строительства на территории РФ находится 31 СЭС.

Кроме крупномасштабных энергетических проектов, солнечные батареи все больше применяются в быту и в различного рода устройствах. Их устанавливают на крышах частных домов, на опорах уличного освещения, встраивают в портативные зарядные устройства, вычислительную технику и автономные приборы освещения для придомовой территории.

Среди самых необычных решений можно отметить велодорожку в Нидерландах и километровый участок автодороги во Франции, выполненные с покрытием из фотоэлементов, а в Корее разработали батарею-имплантат. Он в 15 раз тоньше волоса, предназначен для вживления под кожу и способен питать имплантированные приборы.

Принцип действия

Светоприёмная панель состоит из ячеек (модулей), которые выполняются из двуслойного полупроводникового материала, обладающего свойством фотопроводимости. Верхний слой полупроводника типа «n» имеет отрицательный потенциал, а нижний типа «p» ‒ положительный. При попадании на верхний слой лучей света происходит внешний фотоэффект. Другими словами, полупроводник «n» начинает отдавать электроны. В это же время нижний слой «p», наоборот, способен захватывать электроны. Таким образом, если замкнуть цепь, подсоединив нагрузку к слоям, электроны, покинувшие верхний слой, устремятся через нагрузку к нижнему слою. Затем через p-n переход опять возвращаются в верхний слой.

Реальные достижения

Для создания модулей применяется множество материалов, самыми эффективными по лабораторным исследованиям оказались многослойные фотоэлементы типа GaInP/GaAs/Ge, показавшие коэффициент фотоэлектрического преобразования 32%. При этом в реальности были установлены значительно большие рекордные показатели.

Компания Sharp в 2013 г. создала трехслойный фотоэлемент на индиево-галлий-арсенидной основе, который показал результат КПД 44,4%. Их рекорд в этом же году превзошли ученые Института систем солнечной энергии общества Фраунгофера. В конструкции своего фотоэлемента они применили линзы Френеля, чем добились показателя в 44,7%. Через год они превзошли сами себя и, благодаря особой фокусировке, линзы смогли достичь КПД 46%.

Современные разработки

Одно из перспективных направлений ‒ преобразование в электроэнергию всех спектров излучения. Разработки в этом направлении ведутся многими компаниями, институтами, научными центрами и результаты уже есть.

Теория наноантенн

Идея преобразования излучения Солнца в электрический ток по принципу выпрямляющей антенны, работающей в диапазоне оптических волн 0,4-1,6 мкм, появилась еще в 1972 г. и принадлежит Р. Бейли. Потенциальный КПД таких антенн в теории составит 85%. Первая попытка создать солярный преобразователь на наноантеннах была предпринята в 2002 г. компанией ITN Energy Systems, которая не увенчалась успехом. Несмотря на это, данная методика рассматривается как наиболее перспективная и исследования продолжаются.

Сегодня этот материал, как альтернатива кремнию, наиболее популярный среди производителей. Его стоимость намного дешевле, что в конечном итоге положительно влияет на цену продукта. При этом в его состав входит токсичный свинец, который долгое время пытались заменить. Группа нидерландских ученых, работая над этим вопросом, случайно совершила открытие.

Свинец заменили оловом и при тестовых исследованиях заметили странное явление. «Горячие электроны», то есть электроны с повышенной энергией, отдавали ее через несколько наносекунд, вместо нескольких сотен фемтосекунд, что значительно дольше. В обычных панелях такие электроны преобразовываются в тепло, а не в электричество. В данном случае за счет медлительности электронов появляется возможность преобразовать их в электроэнергию, до того, как они станут теплом.

Пока ученые выясняют, почему горячие электроны замедляют свое рассеивание и как можно заставить их рассеиваться еще медленнее. По словам профессора фотофизики и оптоэлектроники М. Лои, теоретические прогнозы КПД такой батареи составят 66%.

Идеальное излучение

Чтобы решить проблему поглощения светоэлементом всего спектра излучения Солнца, команда исследователей из Хайфа (Израиль) предложили нестандартное решение. В опытах они решили преобразовать солнечный свет в идеальное излучение. Для этого они разработали и применили уникальный фотолюминесцентный материал. Подобная технология используется в светодиодных лампах, где диодное свечение поглощается люминофором и преобразовывается в свечение, оптимальное для восприятия человеком. В случае с элементом, материал преобразует весь спектр излучения в свет, идеально поглощающийся панелью. По утверждению молодых ученых, преобразование света позволит увеличить конверсию в электричество до 50%.

Многослойные панели для установки на крыше

Ранее ученые из университета Нового Южного Уэльса предложили концентрировать излучение Солнца с помощью зеркал. Такая методика позволила значительно увеличить эффективность работы элементов. Сегодня эта технология применяется на множестве СЭС, однако для батарей, устанавливаемых на крышах частных домов, такая конструкция невозможна. Увеличить эффективность преобразования неконцентрированного света до 53% предложили разработчики германского научного центра Agora Energiewende.

В основе их изобретения лежит многослойная панель способная поглощать 4 диапазона света. Специальный преломляющий слой отражает инфракрасный спектр к кремниевой части и пропускает остальной свет к трехслойной панели. Первый слой ‒ индий-галлий-фосфид, второй – индий-галлий-арсенид и третий ‒ германий. Каждый поглощает свет в определенном диапазоне, и в результате получается «выжать» максимум энергии.

Теоретически конструкция идеальна, но на практике для применения на крыше возникли проблемы со сложностью обслуживания. Пока разрабатываемая для частного сектора батарея больше подходит для электростанций, но работы по ее усовершенствованию продолжаются.

Энергия днем и ночью

Особое внимание многих научных изданий привлекли разработки китайских ученых. Это не удивительно, ведь Китай в этой области держит первенство и является крупнейшим поставщиком солнечных панелей, пользующихся спросом по всему миру.

Китайские разработчики предложили панель, работающую не только в светлое время суток, но и ночью. Секрет заключается в слое люминофора с длительным послесвечением. Днем непоглощённый фотоэлементом свет задерживается люминофором, который светится ночью, отдавая энергию фотоэлементам. Хотя ночное КПД составляет всего 25%, такие батареи смогут значительно повысить эффективность солнечной энергетики.

Инженерные решения

С ростом СЭС по всему миру появляется новая проблема, особо актуальная для европейских стран. Для строительства таких электростанций необходимо большое пространство. В некотором плане эту проблему решают интеграцией фотоэлементов в дорожное покрытие и установкой светоприёмников на крышах. Но часто приходится модернизировать кровельные конструкции, а в некоторых случаях установка противоречит архитектурным особенностям. Актуальность повышения интеграционных возможностей солнечных батарей приобрела критическую отметку, поэтому над этим сегодня работают ведущие инженеры и архитекторы.

Кровля из фотоэлементов

Интересную конструкцию на конференции Solar Power International 2017 в Лас-Вегасе представила компания Hanergy. Кровельная плитка Hantiles представляет собой волнообразную черепицу со встроенными фотоэлементами. Совместив кровельный материал и фотоэлементы, сохраняется эстетический вид постройки, а кровельная конструкция не требует дополнений. К тому же по стоимости получается дешевле, чем приобретать отдельно кровлю и панели.

Облицовка стен солнечными панелями

Швейцарский центр микротехники и электроники «CSEM» предложил новую технологию по производству наружных стеновых облицовочных панелей, которые одновременно являются еще и солнечными. Особенность заключается в сохранении качеств облицовочного материала. Панели выглядят монотонно и обладают высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Пока были представлены только белые варианты, но разработчики говорят, что возможен любой цвет.

Скоро вместо энергосберегающих окон можно будет устанавливать энергогенерирующие. Инновационное окно от разработчиков национальной лаборатории Лос-Аламоса визуально ничем не отличается от простых окон. При этом в них применен однокамерный стеклопакет со встроенными квантовыми точками на основе марганца на внешнем стекле и на основе селенид меди-индия на внутреннем. Стекла выступают в роли люминесцентного концентратора и, поглощая свет, перенаправляют его к краям рамы, где он преобразуется в электроэнергию встроенными фотоэлементами.

Еще дальше пошли немецкие инженеры из Йенского университета. Они предложили смарт-окна. Идея «умных» окон не новая. Раньше другими разработчиками предлагались стекла, изменяющие светопрозрачность и вырабатывающие электроэнергию за счет заламинированных фотоэлементов. В этот раз применена принципиально новая технология LaWin. Теперь к функциям окон добавилась способность работать как освещение и отопление.

Подзарядка на ходу

Японские разработчики из института RIKEN и Токийского университета изобрели ультратонкий гибкий фотоэлемент, который не боится воды и растягивающих нагрузок. При интеграции такой батареи в текстиль можно создавать одежду с возможностью подключения мобильных устройств или любой другой электроники.