Оптимизация расходов – как солнечные панели помогают экономить при непрерывно растущих тарифах на электроэнергию

Некоторые производители и частные домовладельцы, желающие сократить свои счета за электроэнергию, не слишком меняя свой образ жизни, могут перейти к выработке собственного электричества с помощью солнечной энергии, которая здесь является основным вариантом возобновляемой энергии.

Профессор Субодх Мхайсалкар, исполнительный директор Института энергетических исследований NTU, отметил, что технология солнечных панелей с годами продвинулась вперед, достигнув эффективности от 20% до 22%.

«Раньше эффективность составляла около 15%, а сейчас мы наблюдаем улучшение на 30%… это определенно имеет смысл как с точки зрения устойчивости, так и с точки зрения затрат», — заявил Мхайсалкар.

Он отметил, что препятствием для установки этих панелей является первоначальная стоимость, но аренда солнечных батарей и выгодные варианты финансирования сделали установку привлекательным предложением.

При аренде солнечной энергии компания оплачивает и устанавливает солнечную систему, из которой владельцы домов могут покупать электроэнергию. Это помогает сократить расходы за электроэнергию практически на 40%, а в ближайшем будущем, при массовой интеграции, и вовсе может стать ключевым фактором для сохранения экологии страны.

Рекордная эффективность сверхтонких солнечных панелей: технический прорыв

Группа ученых из Университета Суррея успешно увеличила уровень энергии, поглощаемой тонкими фотоэлектрическими панелями, на 25%. Их солнечные установки, толщиной всего в один микрометр (1 мкм), преобразуют свет в электричество более эффективно, чем другие, столь же тонкие конструкции, и прокладывают путь к более чистой, зеленой энергии.

 

Как разрабатывались системы

 

В статье, опубликованной в журнале Photonics, Американского химического общества команда подробно описывает, как они использовали характеристики солнечного света для создания неупорядоченного сотового слоя, лежащего поверх кремниевой пластины. Структурно элементы напоминают отражение крыльев бабочки и птичьих глаз, благодаря особенностям которой сотовая конструкция обеспечивает поглощение света под любым углом и улавливает свет внутри солнечного элемента, позволяя генерировать больше энергии. Команда исследователей из Университета Суррея и Имперского колледжа Лондона работала с коллегами-экспериментаторами из AMOLF в Амстердаме над проектированием, моделированием и созданием новой фотоэлектрической батареи.  В лаборатории они достигли коэффициента поглощения 26,3 мА/см2, что на 25 % больше предыдущего рекорда 19,72 мА/см2, достигнутого в 2017 году. Они обеспечили эффективность 21 %, но ожидают, что дальнейшие улучшения повысят этот показатель.

 

Что ждет всю производственную сферу

 

Существует огромный потенциал для использования ультратонких фотоэлектрических элементов. Например, учитывая их легкость, они будут особенно полезны в космосе, ведь с их помощью астронавты смогут реализовать даже самые сложные внеземные проекты. Поскольку установки используют гораздо меньше кремния, ученые надеются, что здесь, на Земле, также будет экономия средств на производстве, плюс может открыться потенциал для получения большей выгоды от Интернета вещей и создания зданий с нулевым потреблением энергии, питаемых локально.

Новые петиции в отношении азиатских солнечных панелей – станет ли возобновляемое электричество дороже

Не успели поутихнуть разногласия калифорнийских производителей и китайских разработчиков солнечных установок, как в отношении азиатских компаний была составлена еще одна петиция. На этот раз было потребовано проверить несколько стран, ввозящих солнечные панели на территорию Америки, на наличие китайских компонентов в их конструкции. И хоть предыдущая петиция была отклонена, компания Auxin Solar намерена добиться справедливости и выявить, есть нарушения или нет.

Что ждет мировой рынок при отказе Америки покупать

При выявлении одного или нескольких нарушений американский рынок планирует вначале частично, а потом и полностью, отказаться от зарубежных поставок товаров. Вместо этого производители хотят сконцентрировать все свои силы на собственном производстве солнечных установок. Как полагают эксперты, это положительно скажется на трудоустройстве в стране, а также существенно снизит цену на панели. Для остальных стран это означает одно – Китай лишится оптового покупателя, а значит, сделает свои товары более доступными для других.

Солнечная энергия и технологии света

Благодаря исследованиям, проводимым сотрудниками университета Ньюкасла, система с использованием гибридных солнечных установок последнего поколения вскоре может стать доступной для массового производства

Международная группа ученых провела изучение новой технологии изготовления солнечных элементов с использованием координационных материалов. На практике она может ускорить использование недорогих материалов, доступных на Земле, с потенциалом для преобразования энергетического сектора.

Система динамических димеров, над которой работали специалисты, зарекомендовала себя как новое поколение эффективных окислительно-восстановительных медиаторов для молекулярных устройств. Она может помочь питать фотоэлектрические устройства с минимальными потерями напряжения, со сравнительно низкой энергией реорганизации и скоростью рекомбинации.

Что ждать от нововведения – говорят эксперты

Один из руководителей исследования доктор М. Фрейтаг из Школы естественных и экологических наук Университета Ньюкасла прокомментировала эту разработку следующим образом: «Успех в достижении поставленной цели использования бюджетных и эффективных материалов был достигнут благодаря улучшениям технических характеристик поглощающих свет материалов».

Готовы прослужить 30 лет – новые солнечные элементы для электростанций

Недавнее исследование, проведенное Мичиганским университетом, показало, что новая конструкция солнечного элемента, обеспечивающая прозрачность, может сочетать высокую эффективность с 30-летним расчетным сроком службы. Это не может не радовать производителей, ведь в ближайшем будущем подобные установки смогут открыть дорогу новым системам с большим эксплуатационным сроком.
Кремний всему голова или есть альтернатива
В большинстве своем на производстве солнечных панелей различные заводы используют кремний, который уже на протяжении многих лет остается королем эффективности солнечных панелей. Как и у любого другого решения, у него есть свои преимущества и недостатки, одни из которых – непрозрачность и сложность использования на фасаде зданий. Четко зная об этом, команда исследователей из Государственного университета Северной Каролины, Тяньцзиньского и Чжэцзянского университетов в Китае, намеревалась изменить положение. Для этого она провела эксперимент, в котором проверила свою новую защиту при различной интенсивности симулированного солнечного света, от типичного 1-го солнца до света 27-ми солнц и при температурах до 150 градусов по Фаренгейту.
Результаты исследования
Изучая, как производительность ухудшалась в новых условиях, специалисты экстраполировали, что солнечные элементы с разработанной ими защитой по-прежнему будут работать с эффективностью 80% через 30 лет. В недалеком будущем они планируют приблизиться к 60% прозрачности.

Ученые также работают над повышением эффективности с 10%, достигнутых в заявленных полупрозрачных модулях, к 15%, которые считаются возможными при высокой прозрачности. Это возлагает колоссальные надежды на всю энергосферу, ведь при положительных результатах тестирования установок все бизнес-центры и жилые здания можно будет превратить в энергостанции.

Солнечные панели и кибербезопасность

Кибербезопасность – одна из наиболее важных на сегодняшний день тем, которая за последние несколько месяцев была подвержена массовому обсуждению правительств и экспертов разных стран – в 2021 году под угрозу была поставлена работоспособность крупнейших корпораций «SolarWinds» и «Colonial Pipeline», снабжающих Америку солнечными панелями. В связи с этим разработчики решили обезопасить свою деятельность и ввести ряд нововведений.

 

«В возобновляемых источниках энергии гораздо больше новых технологий, чем во многих других секторах. Что ж, злоумышленники питаются технологиями и это нужно принять», – сказал Брамсон в интервью Renewable Energy World.

 

«Когда ситуация быстро растет, очень трудно управлять риском кибербезопасности». По словам Брамсона, в большинстве организаций ИТ-инфраструктура прижата, но им крайне не хватает средств защиты.

 

На сегодняшний день эксперт выделил 4 ключевых элемента плана кибербезопасности возобновляемых источников энергии: инвентаризация активов; управление уязвимостями; управление конфигурацией или изменениями; мониторинг.

 

«Иногда люди переходят к контрольному материалу, но все эти части подходят друг другу», – сказал Брамсон. «Если происходит атака, и у меня есть большой инвентарь, и я знаю, что они собираются атаковывать дальше, я реагирую намного быстрее…».

Решения для IT на базе солнечных установок

Согласно последним данным, разработки в IT-сфере для возобновляемых источников энергии могут быть разработаны на базе солнечных панелей и систем, которые будут обеспечивать энергоснабжение каждой установки – ПК и пользователя, контролирующего безопасность работы. Это не только позволит существенно сократить расходы, но и ввести в работу новые панели с большим коэффициентом полезного действия.

Утилизация солнечных панелей нового поколения и развитие зеленой планеты

Совсем недавно учеными была анонсирована новая стратегия утилизации следующего поколения фотоэлектрических солнечных элементов, сделанных из металлогалогенных перовскитов. Согласно исследованию, проведенному под руководством Корнеллского университета, она окажет весомый вклад в развитие экологически-чистой промышленности.

Основные особенности работы и перспективы решения

В процессе проектирования солнечных установок ученые обращают внимание на производительность, а также стремятся узнать все об эффективности и стабильности преобразования энергии, зачастую пренебрегая процессом проектирования для вторичной переработки. Так было раньше, до момента обнаружения, что фотоэлектрические пластины в солнечных панелях, содержащие полностью перовскитные структуры, превосходят фотоэлектрические элементы, сделанные из современного кристаллического кремния.

Интересно! В производственных масштабах перовскитные фотоэлектрические пластины обеспечивают более быструю окупаемость первоначальных инвестиций в энергию, чем кремниевые солнечные панели, поскольку полностью перовскитные солнечные элементы потребляют меньше энергии в производственном процессе. Из этого можно сделать вывод, что в ближайшее время стоимость панелей станет существенно ниже.

Их переработка повышает устойчивость систем, поскольку переработанные перовскитные солнечные элементы могут снизить потребление первичной энергии на 72,6% и сократить углеродный след на 71,2%. Таким образом, снижение энергии, необходимой для производства ячеек, указывает на значительное сокращение окупаемости энергии и выбросов парниковых газов.

Инновации: перовскиты и солнечные батареи нового типа.

Эффективность преобразования энергии перовскитных солнечных элементов (PSC) увеличилась с 3,8% до 25,5% всего за десять лет, превзойдя другие тонкопленочные солнечные электростанции, включая лидирующий на рынке поликристаллический кремний.

Совсем недавно исследователи, под руководством Майкла Гретцеля и Андерса Хафгельдта, из EPFL разработали метод осаждения, который преодолевает проблемы с формамидином, сохраняя при этом высокую конверсию перовскитных батарей. Теперь материалы обрабатываются парами тиоцианата-метиламмония (MASCN) или тиоцианата-ормамидиния FASCN. Эта инновационная настройка превращает фотоинактивные перовскитные пленки FAPbI3 в желаемые, светочувствительные.

Ученые использовали новые пленки FAPbI3 для изготовления перовскитных элементов. Ячейки показали эффективность преобразования энергии более 23%, а также долгосрочную эксплуатационную и термическую стабильность. Также они отличались низкими (330 мВ) потерями напряжения холостого хода и низким (0,75 В) напряжением включения электролюминесценции.

Игровая приставка с неиссякаемым источником энергии

Эксперты Северо-Западного и Делфтского университетов раздвинули границы вычислений, исключив из процесса создания игровых консолей привычные батареи. Первым таким устройством стал GameBoy. На этот раз, вместо основного источника энергии, являющегося дорогостоящим и опасным материалом, было принято использовать солнечные установки. Их функционал основан на получении электроэнергии от Солнца и прикосновений самого игрока.

Как утверждает Джозия Хестер, сегодня это устройство окажется первым подобным устройством без батарейки, получающее энергию от действий игрока и от встроенной солнечной батареи. Принцип работы предельно прост: когда человек нажимает кнопку, конструкция преобразовывает энергию в то, что позволяет поддерживать функционал игры. А солнечная панель выступает дополнительным источником энергии и размещена под самим экраном устройства в виде прозрачной подложки, преобразовывающей энергию.

Особенности: результаты тестирования устройства.
Чтобы обеспечить лучший функционал, исследователи интегрировали ряд новых систем, среди которых: аппаратное обеспечение и ПО, обуславливающее высокий коэффициент эффективности работы. Был также проработан и внедрен принципиально-новый метод контроля состояния системы в энергонезависимой памяти, позволяющий практически моментально восстановить систему при подключении энергопитания.

Солнечная энергетика в Японии: война двух миров.

Если вам довелось посетить солнечную Японию, вы были удивлены обилием техники, присутствующая в Токио: поющие унитазы; необычные роботы, желающие обнять вас; ну и куда без высокоскоростного поезда, манящего в далёкое путешествие. На содержание такого количества техники требуется большое количество энергии, которая не всегда вырабатывается с помощью матушки — природы.

Технологические катастрофы: будущее близко?

То, за что многие туристы так любят эту страну, ведёт к настоящей экологической катастрофе. Чётко понимая это, японские учёные решили внести свой вклад в поддержку природы страны путём внедрения принципиально – новых методов обеспечения электричеством.

Один из них был назван «Зеленой фермой», представляющей взаимодействие различных ветряных мельниц и солнечных батарей.

Как утверждает совет учёных, только к 2055 г. страна сможет полностью перейти на природное энергообеспечение.

Реален ли этот проект?

Современные технологии не перестают удивлять своей масштабностью и возможностями. Казалось бы, ещё вчера человек не мог представить работу смартфона. Но что насчет энергии Солнца? Смогут ли японцы найти ей правильное применение в проекте «Зелёная ферма» или жителям этой страны придётся довольствоваться загрязнённой средой?

К сожалению, представить воплощение этого проекта в жизнь – невозможно, и на это есть ряд причин:

  • габариты оборудования будут занимать 100% площади страны, поэтому жителям будет негде жить;
  • стоимость проекта представляет настоящую угрозу для бюджета Японии.