Ученые из МИСиС разработали гибкую солнечную батарею втрое дешевле кремниевых панелей
Источник: http://tass.ru/nauka/3193630
МОСКВА, 11 апреля. /ТАСС/. Ученые из Научно-исследовательского технологического университета «МИСиС» совместно с коллегами из университета Техаса в Далласе разработали гибкую солнечную батарею на основе металло-органического соединения, стоимость которой по меньшей мере втрое ниже кремниевых панелей, сообщает пресс-служба университета.
Разработанная учеными НИТУ «МИСиС» гибкая солнечная батарея
«Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова представила технологию создания тонкопленочного фотоэлемента на основе гибридного металл- органического соединения — перовскита, позволяющего преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%, при планируемых показателях более 20%… 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», — говорится в сообщении.
Солнечные батареи на основе кремния отличаются высокой стоимостью из-за высокотехнологичного, энергоемкого и токсичного производства кремния. Кроме того, они значительно более хрупкие и менее гибкие по сравнению с разработкой российских ученых. Особенность же перовскитной технологии в том, что активные слои солнечных элементов на его основе можно наносить из жидких растворов на тонкие и гибкие подложки. Это позволяет размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны: оконные полупрозрачные «энергошторы» домов и машин, фасады и крыши зданий, бытовая электроника и многое другое.
«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», — сказал Захидов, слова которого приводятся в сообщении.
Существенное снижение стоимости производства солнечных батарей будет способствовать увеличению доли экологически чистых, возобновляемых источников энергии в общем энергетическом «пироге».
Российские ученые разработают пластичные солнечные батареи нового типа
Источник: http://tass.ru/ural-news/3174602
ЕКАТЕРИНБУРГ, 4 апреля. /ТАСС/. Российские ученые планируют разработать первые опытные образцы пластичных солнечных батарей нового поколения к 2018 году, сообщил корр. ТАСС научный сотрудник Управления по научной инновационной деятельности Южно-Уральского государственного университета Олег Большаков. Проект реализуется при грантовой поддержке Российского научного фонда.
«Совместно с коллегами из московского Института органической химии мы работаем над созданием пластичных тонкопленочных солнечных батарей нового поколения уже в течение 1,5 лет. Первая партия материала для солнечных батарей уже готова, она будут тестироваться на протяжении 2-3 месяцев в специальной лаборатории при университете Эдинбурга в Шотландии», — сказал Большаков. «В России пока необходимых сертифицированных лабораторий нет, поэтому мы обратились к зарубежным специалистам. По плану к 2018 году мы выпустим первые опытные образцы», — добавил он.
По словам ученых, главная особенность солнечных батарей нового типа — органический светочувствительный материал. «Такие батареи не будут токсичными, также они не требуют большого количества светочувствительного материала — в 1000 раз меньше по сравнению с батареями предыдущих поколений, поэтому они будут и наиболее доступными по цене. По этим причинам разработки в этом направлении ведутся по всему миру. Но аналогов нашей технологии пока нет, так что реализация нашего проекта даст нам большие преимущества в альтернативной энергетики будущего», — добавил Большаков.
Он также отметил, что на данный момент специалистам предстоит выявить статистическую зависимость между структурой материалов и эффективностью. «Каждый фотоэлемент характеризуется двумя основными параметрами — устойчивостью и энергоэффективностью. Необходимо определить наиболее удачные варианты из тех, которые мы отправили в лабораторию, после чего их уже можно будет применять к различным поверхностям. Дальнейшая научная работа будет связана с усовершенствованием материалов», — пояснил ученый.
О солнечной энергетике:
Солнечная энергетика - высокотехнологичная отрасль, получившая динамичное развитие в последние годы. Для российской экономики положительный эффект от роста доли солнечной энергетики заключается в создании высокотехнологичного производства и рабочих мест, значительных налоговых отчислениях, сокращении вредных выбросов. С течением времени солнечная электроэнергия становится дешевле традиционной генерации за счёт низких операционных расходов и отсутствия топливной составляющей.
0,5% солнечной энергии могло бы обеспечить все потребности мировой энергетики на сегодняшний день
Часто задаваемые вопросы:
Что такое инсоляция?
Инсоляция - (от лат. in solo выставлено на солнце) количество электромагнитной энергии (радиации), падающей на поверхность земли. Инсоляция измеряется числом единиц энергии, падающей на единицу поверхности за единицу времени. Обычно инсоляцию измеряют в кВт*час/м2.
Сколько солнца в России?
Россия обладает достаточно высоким уровнем инсоляции - у нас есть довольно много районов, где среднегодовой приход солнечной радиации составляет 4-5 кВт*ч на квадратный метр в день (этот показатель соизмерим с югом Германии и севером Испании - странах-лидерах по внедрению солнечных систем). При этом высокий уровень инсоляции в России не только на юге - Краснодарском крае, Ростовской области, Кавказе, но также на Алтае, да и в целом на юге Сибири, Дальнем Востоке и в Забайкалье - в этих регионах количество солнечных дней в году доходит до 300.
Как работает солнечная электростанция?
Принцип работы солнечного модуля, который является основой солнечной электростанции, довольно прост - поверхность модуля улавливает солнечный свет и за счёт проводниковых свойств кремния преобразует его в электрическую энергию.
Солнечные электростанции состоят из солнечных модулей, подключённых в единую цепь, инверторов и другого оборудования.
Существуют два основных типа солнечных электростанций: сетевые - отпускающие всю вырабатываемую электроэнергию в сеть и автономные.
На автономных станциях за счёт установки аккумуляторов есть возможность накапливать электроэнергию для использования, например, в тёмное время суток.
Как посчитать окупаемость солнечной энергоустановки?
Для расчёта окупаемости необходимы следующие показатели: мощность солнечной установки и её ежегодная выработка (зависит от инсоляции региона и типа модулей), размер тарифа за электроэнергию или стоимость подключения при отсутствии централизованного электроснабжения, а также стоимость самой установки под ключ.
Например, мощность энергоустановки составляет 3 кВт, а её расчётная ежегодная выработка составляет 5 тысяч кВт*ч. При тарифе на электроэнергию на уровне 4 рублей, такая установка позволит экономить 20 тысяч рублей в год.
Как развивается солнечная энергетика в России?
Россия не осталась в стороне от мировых трендов развития солнечной энергетики - в России есть производство солнечных модулей, строятся большие сетевые и малые автономные солнечные электростанции, разработана и запатентована собственная высокоэффективная технология производства гетероструктурных модулей.
Установленная мощность солнечных электростанций в России достигает порядка 500 МВт, а до 2024 года планируется довести эти показатели до 1,5 ГВт. Развивается и розничный рынок - сегодня в России практически в каждом российском регионе есть компании, которые предлагают солнечные решения.
Со второго квартала 2017 года группа компаний "Хевел" приступила к производству солнечных модулей нового поколения по гетероструктурной технологии - это наиболее перспективная из существующих сегодня технологий.
Один из наиболее перспективных новых сегментов, который Россия успешно освоила - гибридная генерация с использованием возобновляемых источников энергии. В 2013 году в Республике Алтай запущена первая в мире автономная гибридная энергоустановка, работающая на солнечной и дизельной генерации. Такие решения перспективны не только для труднодоступных и изолированных российских территорий, но и как технология на экспорт - в странах Африки и Азии, по разным оценкам, более 1,2 млрд людей не имеют доступа к электроэнергии и тратят ежегодно более 27 млрд долларов на керосин и свечи.
Когда солнечная энергетика будет доступна каждому?
Во всём мире поддержка солнечной энергетики начиналась именно «с крыш» - потребители после установки частных солнечных установок получали либо существенную скидку на оплату электроэнергии, либо специальный «зелёный» тариф, по которому они могли отпускать электроэнергию в сеть. Это обеспечило ускоренный рост технологий, а развитие конкуренции, экономия масштаба и автоматизация производств привели к тому, что капитальные затраты на строительство СЭС в мире за последние 8 лет снизились в 5 раз. В России уже локализовано производство компонентов, поэтому вне зависимости от курса валют солнечная энергетика продолжит дешеветь для российских потребителей.
Сегодня в силу в силу технологических особенностей энергосистемы и нормативного регулирования рынка, 90% всех «зелёных» энергоустановок небольшой мощности - до 10 кВт - это автономные или гибридные системы, не включённые в единую энергосистему. Технологическое включение частных владельцев солнечных установок в работу розничного рынка электроэнергии сегодня хотя и не запрещено формально, на практике труднореализуемо - в российском законодательстве нет положений, определяющих статус такого потребителя-производителя, а у энергосбытовых компаний нет обязательств по покупке «солнечных» объёмов электроэнергии. Тем не менее, в ряде российских регионов уже есть примеры покупки «зелёной» электроэнергии у простых потребителей энергосбытовыми компаниями.
Сейчас правительство поручило проработать вопрос об упрощении продажи зелёной электроэнергии от частных домохозяйств в общую сеть. В 2017 году будем следить за развитием событий.
Другая форма поддержки возобновляемой энергетики - субсидирование кредитов на покупку солнечных энергоустановок. В России этот сегмент кредитования только начинает развиваться, но это вопрос 2-3 лет и скоро купить солнечную установку для дачи в рассрочку или по льготному кредиту будет не сложнее, чем бытовую технику.
Какие перспективы у солнечной энергетики сегодня?
В 2016 году в солнечной энергетике случился настоящий бум - по оценкам различных аналитических агентств было построено порядка 76 ГВт солнечных мощностей.
Так что перспективы самые радужные - инвестиции в солнечную энергетику растут, и Россия просто не сможет оставаться в стороне. У нас огромное количество энергодефицитных и изолированных от общей сети территорий с высоким уровнем инсоляции, где развитие солнечной энергетики не просто эффективно, но и позволит сэкономить миллионы бюджетных средств, которые сейчас идут на сдерживание роста тарифов на электроэнергию.
Мир уверенно движется к революции в энергосберегающих технологиях. Одно из последних достижений в этой области принадлежит Международной исследовательской группе, которую образовал Университет Техаса в Далласе и Московский институт стали и сплавов (МИСиС). Ученые разработали метод создания солнечной батареи на базе перовскита. В отличие от традиционных аналогов, которые основаны на кремнии, эффективность новинки намного выше. При этом себестоимость солнечной батареи будущего снижается. Исследователи уверены, что пластичные, легкие, доступные по цене устройства из перовскита со временем найдут широкое применение, будут востребованы и полностью вытеснят устаревшие кремневые аналоги.
Анализ кремниевых солнечных батарей начали еще в двадцатом столетии.
Существующая технология имеет ряд недостатков. Это токсичность и энергоемкость производства кремния. Поэтому процесс и получается дорогостоящим. А еще кремний отличается ненадежностью, недостаточной пластичностью и большим весом панелей. Поэтому сфера применения этого химического элемента слишком узкая. За прогнозами ученых, решить все эти проблемы сможет металло-органический перовскит.
Новое исследование позволило плодотворно поработать над прототипом тандемного устройства, которое состоит из углеродных нанотрубок и фотоэлектрических составляющих. Эта разработка предусматривает сочетание частей из перовскита и традиционного кремния. Установка эффективно преобразует доступные ультрафиолетовые лучи в электричество и повышает коэффициент полезного действия батареи на 15%.
— Основное достоинство гибридного перовскита – это легкость его добывания из стандартных источников: органических химсоединений промышленного образца и солей металлов. В то время как высокоэффективные полупроводниковые аналоги в виде солнечных батарей, основанные на арсенидегаллия и кремнии, получают из нераспространенных и дорогостоящих элементов, — было отмечено руководителем проекта, ведущим экспертом университета МИСиС и профессором Анваром Захидовым. 
Также немаловажный фактор заключается в том, что основы на перовските при печати фотоэлектроникине ограничиваются печатью на стекле. Это существенно удешевляет батареи нового образца по сравнению с более сложными способами создания составляющих из тонкой пленки. Данные составляющие из перовскита имеют активные ярусы. Они без проблем наносятся даже на самые пластичные и тонкие подложки. А современная рулонная методика делает возможным размещение солнечных батарей на поверхности всевозможной кривизны. Учитывая все эти преимущества, сфера применения инновационных батарей расширяется и выходит далеко за рамки использования традиционных кремниевых аналогов. Разработка может снабжать природной энергией портативную электронную и бытовую технику, реализоваться в проекте «Умный дом» и т.д. Батареи на базе перовскита гарантируют бесперебойную подачу электрической энергии в жилье. Также инновация подходит для автомобильной промышленности.
На конференции Solar Power International (SPI) 2017 в Лас-Вегасе, главной темой которой является и технологии для ее производства, было представлено большое количество новейших разработок в этой области. На мероприятии побывал журналист Electrek John Fitzgerald Weaver и поделился своими впечатлениями об увиденном:
«Естественно, наибольшее внимание привлекли высокоэффективные и двусторонние батареи , но были также и другие решения, оцененные по достоинству за инновационный подход, о которых стоит упомянуть. Среди них и половинчатые панели, и солнечная черепица, и защитные покрытия, однако обо всём по порядку.
И первой на очереди выступает кровельная плитка Hantiles от Hanergy. По своему внешнему виду Hantiles – это черепица, но не простая, а со встроенными фотоэлементами. Процесс производства продукта заключается в размещении тонких и гибких солнечных батарей в капсулах из прозрачного стекла, по форме повторяющих черепицу. По заявлениям компании, коэффициент эффективности на первом этапе производства составляет 16.5%, а к концу год его намерены увеличить до 17.5%. И если после всех тестов Hantiles одобрят для использования в качестве строительного материала, ими наверняка воспользуются множество людей.
Далее речь пойдёт о шинопроводах. В случае с солнечными батареями они представляют собой вертикальные металлические струны, расположенные на передней части панели. Как и с другими типами шин, этот также используется для передачи электричества. Удивительно, но в области солнечной энергии их активно используют для увеличения эффективности, постоянно увеличивая количество шин на один элемент. Всё потому, что круглое сечение тонкой проволоки пропускает больше света, чем широкая и плоская полоса. К примеру, модель на четыре шины на 0.76% более производительна, чем на три, а пять шин эффективнее четырёх на 1.13% и так далее. Среди представленных вариантов больше всех выделился LG Neon, где их двенадцать.
Следующим интересным решением стали половинчатые фотоэлементы. Да, именно это сегодня считается инновацией. Немного выше мы уже узнали, что КПД батареи можно увеличить за счет шинопроводов более чем на 1%, так вот половинчатые панели на четыре шины эффективнее полноразмерных панелей с тремя шинами на 3.59%. На фото ниже представлены такие солнечные батареи производства Hanwha-Q Cells.
Ну а последним по порядку, но не по значимости нововведением стали солнечные панели с защитным покрытием. Со временем все вещи на открытом воздухе покрываются грязью, которую надо счищать, а в пыльных регионах производительность солнечных батарей из-за грязного налета может снизиться на 10% и более. Поэтому компания DSM предложила интересное решение в виде фотоэлементов с защитным покрытием. Конструкция обещает повысить общую эффективность панелей на 3% благодаря наличию двух слоёв, один из которых защищает от загрязнений, а второй является антибликовым».
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.