Новости солнечной энергетики

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.

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.

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».

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.

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.

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.