ГИБКИЕ ПЕЧАТНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

Ученые из австралийского университета Ньюкасла представили солнечные батареи, которые основаны на органических солнечных модулях на гибкой основе. Революционность решения заключается в том, что они могут быть напечатаны на пластиковой пленке или листах в большом количестве, при этом их себестоимость очень низкая. Печатные органические солнечные модули могут совершить настоящий переворот в солнечной электроэнергетике. Использование печати позволит наносить электрогенерирующее покрытие, что превращает солнечный свет в электрический ток, практически на любые поверхности — крыши электромобилей, фасады зданий, навесы и даже бытовые предметы, например, на мобильные телефоны.

Саму технологию трудно назвать принципиально новой — она была представлена почти десять лет назад американской компанией Konarka. Но при этом компании не удалось создать конкурентоспособный промышленный образец и наладить его массовое производство — расходы на производство оказались слишком высокими, и в 2012 году Konarka обанкротилась. И вот теперь команда ученых во главе с профессором Полом Дастуром придала новый импульс революционной идеи.

Солнечные панели первого поколения были созданы на основе фотоэлектрических модулей из поликристаллического кремния, которые были прочно соединены между собой и заключены в жесткую конструкцию, которая получила название «солнечная батарея». Несколько батарей объединялась в солнечную электростанцию, мощность которой могла достигать нескольких гигаватт.

Солнечные модули https://e-solarpower.ru/solar/solar-panels/flex-panel/ из поликристаллического кремния (технология 1G) – это p-n-переход, который получают в результате сложных технологических процессов при высоких температурах. Сложность изготовления и большие энергетические затраты — основные причины высокой стоимости кристаллических солнечных батарей.

Технология 2G стала следующим шагом в развитии фотоэлектрического оборудования. В тонкопленочных солнечных батареях пленка светочувствительного материала на основе арсенида галлия (GaAs) или кадмия, индия, галлия и селенида (CIGS) наносится на стеклянную основу. Нанесения на прочную основу ограничивает использование таких солнечных панелей из-за их невысокой гибкости.

Новое поколение солнечных батарей — технология 3G — позволит преодолеть все недостатки, характерные для предыдущих поколений фотоэлектрических панелей. Органические солнечные элементы имеют большую надежность, светочувствительный слой формируется путем нанесения чернил при низкой температуре на дешевом гибком пластике. Важное преимущество таких солнечных панелей — они не содержат токсических ингредиентов в сравнении с некоторыми видами солнечных модулей. Кроме того, солнечные батареи, изготовленные по 3G технологии, не требуют особых условий для утилизации.

Но главное преимущество работы команды ученых из университета Ньюкасла — в своих исследованиях они сделали акцент на минимизации издержек, прежде всего — за счет снижения издержек производства. В технологическом плане процесс изготовления солнечных панелей семейства 3G значительно проще, чем батарей 1G и 2G. Кроме того, сократить расходы удалось за счет использования недорогих материалов. Первый рабочий прототип площадью 200 квадратных метров был размещен на крышах промышленного комплекса близ Ньюкасла.

Печатные солнечные батареи: насколько они эффективны

Использование печатных технологий позволило значительно снизить стоимость изготовления солнечных батарей. Простота производственного процесса и использование легкодоступных недорогих материалов позволяет получать гибкие солнечные панели, себестоимость которых составляет почти 10 долларов за квадратный метр. Внедрение массового производства печатных солнечных модулей позволит дополнительно снизить себестоимость, в результате квадратный километр электрогенерирующего покрытие будет стоить не более 10 миллионов долларов. Этого будет достаточно, чтобы обеспечить жилые дома в микрорайоне собственными генераторами энергии, которые будут размещены на крышах и стенах, не занимая дополнительную площадь.

Логичный вопрос — насколько оправданным в плане генерации электроэнергии будет такое решение. Гибкие тонкопленочные солнечные батареи имеют меньший КПД, чем кристаллические панели, но в случае с печатными панелями этот недостаток может быть полностью компенсировано за счет их установки на очень больших площадях. Даже при минимальном уровне КПД, всего 1% эффективности при уровне солнечной инсоляции 1000 Вт / м2, мощность органической печатной солнечной панели площадью 1 квадратный метр составит 10 Вт. При таких показателях мощность энергосистемы площадью 1 квадратный километр составит 10 МВт. При размещении в городских условиях на нескольких домах, такая солнечная электростанция сможет полностью обеспечить энергопотребление небольшого района.

Опираясь на рабочий прототип, команда ученых считает, что реальная мощность для такой технологии составит от 20 до 30 МВт на квадратный километр. При этом расчетная себестоимость 1 кВт / ч электроэнергии составит около 20 центов. Если повысить КПД органических печатных солнечных батарей до значения 5-6% (именно над этим сейчас активно работает команда австралийских ученых), то себестоимость 1 кВт/ч снизится до 10-11 центов. А это позволит «солнечного» электричества на равных конкурировать с електрогенерацією на ископаемом топливе.

Ключевой момент исследования ученых — это не только разработка перспективной технологии, но и обоснование ее применения в современных условиях. Одним из наиболее привлекательных в финансовом и техническом плане является вариант установки печатных солнечных панелей на крыше стеклянных теплиц.

В условиях Австралии теплицы для выращивания свежих овощей используют энергию возобновляемых источников энергии для опреснения морской воды и подачи ее в теплице для полива. Например, компания Sundrop Farms использует башенную электрическую геліостанцію высотой 127 метров, вокруг которой расположены 23,1 тысячи гелиостатов. Использование печатных солнечных батарей может изменить ситуацию. Поле гибких солнечных панелей площадью около 1 квадратного километра, что создает солнечную электростанцию общей мощностью около 10 МВт, способное вырабатывать электроэнергию, которая полностью покроет потребность в обеспечении электричеством опреснительных установок, насосных станций, а также систем управления, установленных на станции. Покрытие теплиц прозрачными солнечными панелями позволит освободить площадь, которую сейчас занимает башенная гелиосистема.

Первые, кто освоит производство солнечных гибких печатных батарей, окажется в очень выгодном положении, ведь в этом сегменте рынка практически нет конкурентов. Разработчики надеются на помощь правительства Австралии, который поможет запустить принципиально новый тип солнечных панелей в массовое производство.

На сегодняшний день власти Австралии інвестуює большие суммы в развитие альтернативной энергетики, постепенно отказываясь от использования ископаемых видов топлива. Австралия уже пропустила две «революции» в солнечной энергетике, связанные с появлением кристаллических и тонкопленочных панелей. И вот у нее есть шанс стать одним из мировых лидеров в производстве современного оборудования для солнечных станций.

Следует признать, что времени на переход от лабораторных исследований до начала массового производства осталось немного. Ведь уже сейчас китайские компании, законодателями технологической моды на рынке фотоэлектрических модулей, представляющих перспективные образцы тонкопленочных солнечных панелей, которые значительно эффективнее (в плане выработки электричества) и дешевле.

Китайская компания Hanergy, один из лидеров на мировом рынке по производству тонкопленочных солнечных батарей, начала продажи фотоэлектрических систем, предназначенных для установки на фасадах небоскребов.

Это принципиально новых продукт на рынке, он создавался именно для установки на фасадах домов, прежде всего — высотных. Впрочем, модуль HanWall (такое название получили эти тонкопленочные солнечные батареи) может быть установлен и горизонтально, в качестве стеклянной кровли. Кроме того, чтобы максимально соответствовать запросам покупателей и дизайна здания, солнечные модули могут быть изготовлены в разных форм-факторах, цветах и имитировать любую фактуру.

Фасадная солнечная панель, которая по всем параметрам, включая прочность, может заменить собой любой традиционный фасадный материал, имеет размеры 1192х792 мм, ее вес — около 33 кг, номинальная мощность — около 130-140 Вт. Как заявляет производитель, КПД тонкопленочной солнечной панели составит 21% — это очень высокий показатель для этого типа солнечных модулей. Компания готова предоставить 25-летнюю гарантию на свои изделия, за это время эксплуатации солнечная панель должна сохранить не менее 85% от своего первоначального значения мощности.