Сонячні панелі. Нові технології і тенденції в 2019 році
Сонячна енергетика динамічно розвивається і змінюється. Розвиток відбувається відразу в декількох напрямках:
- нові області застосування наявних напрацювань;
- існуючі технології постійно вдосконалюються, стають більш ефективними і привабливими для інвестицій або використання кінцевими споживачами;
- створюються нові матеріали і нові технології перетворення сонячної енергії в електричну.
Цей розподіл дещо умовний, але відображає процеси, що відбуваються в одній з найдинамічніших областей альтернативної енергетики.
Нові сфери застосування
Сонячні дороги
Останнім часом відбулася знаменна подія. Тротуари уздовж окремих ділянок траси 66, званої в середині минулого століття «головною вулицею Америки», були оголошені випробувальним полігоном нового дорожнього полотна, що містить сонячні елементи.
Таке полотно під час експлуатації повинно виконувати відразу кілька завдань:
- генерувати електричну енергію і віддавати її для споживання в наявну мережу;
- накопичувати електричну енергію для світлодіодних ламп, які висвітлюють дорогу в нічний час;
- перетворити її в теплову для танення снігу і льоду в холодну пору року.
Наступним етапом буде встановлення такого покриття на окремих ділянках траси 66.
Повідомлення про вже реалізовані проекти невеликих ділянок сонячних доріг також були отримані з Голландії, Франції, Китаю. Очевидно ми підходимо до історичного моменту, коли сонячні дороги стануть економічно виправданими. Застосовані технології дещо відрізняються, але мають ряд спільних рис, зокрема шарувату структуру матеріалу дорожнього покриття. Верхній шар прозорий і міцний (прозорий бетон, прозорий пластик), середній - власне сонячні панелі, нижній захищає сонячні елементи від несприятливого впливу основи дорожного полотна.
Тенденції
Сонячні трекінгові кріплення
У міру того, як сонячна енергія починає набувати пануючого статусу, все частіше власники будинків використовують сонячну енергію - навіть ті, у кого дахи не дозволяють встановити панелі. В такому випадку батареї сонячних елементів встановлюються на землю і завдяки сонячним трекерам стають життєздатним варіантом отримання чистої енергії.
Трекери дозволяють сонячним панелям з максимальною ефективністю виробляти електроенергію. Системи спостереження за сонцем нахиляють і зміщують кут сонячного масиву протягом дня, щоб найкращим чином відповідати місцю розташування сонця. Хоча сонячні трекери вже були доступні для комерційного використання, виробники сонячних батарей в останні роки все частіше впроваджують цю технологію. Нещодавно компанія GTM Research опублікувала звіт, в якому показана значна тенденція до зростання популярності систем стеження. GTM прогнозує 254-відсоткове збільшення в порівнянні з минулим роком для ринку фотоелектричного трекінгу в цьому році. У звіті говориться, що до 2021 року майже половина всіх встановлених масивів сонячних елементів з наземним монтажем матиме можливість відстежувати сонячну активність.
Новітні технології
Перовскит
Рекорд ефективності кремнієвих сонячних панелей, що домінують на ринку, становить 23.5% і належить панелям компанії SunPower. Головний недолік цих панелей - їх висока вартість. Майже таку ж ефективність при значно меншій вартості можуть мати панелі на основі перовскита. Новий матеріал являє собою гнучку напівпровідникову плівку, вона майже в 1000 разів тонша за кремнієві аналоги і виробляється з доступних матеріалів.
Канадські вчені анонсували створення панелі з цього матеріалу з ефективністю 20.1% і вартістю близькою до вартості звичайної паперової газети.
Американські дослідники з MIT також оголосили про нову технологію, яка могла б подвоїти ефективність сонячних елементів в цілому. Лабораторія MIT представила нову технічну концепцію, яка вловлює і використовує тепло, що зазвичай випромінюється сонячними батареями. Утилізація цієї теплової енергії може допомогти ще більше знизити вартість перетворення сонячної енергії в електричну.
Тканина з сонячних елементів
Підходів до реалізації ідеї «сонячного матеріалу» багато. Одні припускають створення гнучких матеріалів, подібних паперу або брезенту. Вони складаються з найдрібніших гнучких фотогальванічних елементів і можуть повторювати форму предметів, на які їх поміщають. Вироблена енергія використовується для підзарядки мобільних пристроїв або накопичується в батареях.
Такий текстиль складається з тривимірних компонентів, назвати його легким і гнучким не можна.
Американські дослідники текстильний дизайнер Marianne Fairbanks і хімік Trisha Andrew намагаються створити гнучкий і дихаючий сонячний текстиль, придатний для виготовлення віконних штор, автомобільних сидінь, наметів, навіть одягу. Їх матеріал складається з одного шару тканини, кожне волокно якої покрите чотирма шарами різних полімерів. Зараз проект знаходиться на стадії створення експериментальних зразків і до комерційної реалізації йому треба буде пройти досить довгий шлях.
Сонячне теплове паливо (STF)
У значній мірі переважне використання сонячної енергії пов'язане з наявністю простого способу зберігання отриманої електричної енергії. Без цього вони не зможуть стати економічно життєздатними для застосування в якості основного джерела енергії. Професор Массачусетського технологічного інституту Джеффрі Гроссман і його команда дослідників витратили кілька останніх років на розробку альтернативних рішень для зберігання сонячної енергії, кращим з яких, мабуть, є сонячне теплове паливо (STF).
Для його створення використовується молекула, здатна бути стабільною в двох різних станах. Енергія світла переводить молекулу в «заряджений» стан, в якому вона продовжує залишатися, поки температура не впаде до певного рівня. Тоді молекула виділяє тепло і повертається в «незаряджений» стан.
Таким чином STF може використовувати енергію сонячного світла, зберігати її в якості заряду і потім вивільняти її при появі відповідного запиту. Суть проблеми збереження сонячного тепла полягає в тому, що технологія зберігання сонячної енергії повинна заряджати і зберігати енергію, а не вловлювати і віддавати тепло. В останні роки було створено твердотільний STF-пристрій, який можна було б реалізувати в вікнах, вітрових стеклах, автомобільних дахах і т. д. Наразі про успішне завершення і комерційну реалізацію проекту говорити не доводиться.
Сонячні очисники води
Дослідники Стенфордського університету спільно з Міністерством енергетики США розробили новий сонячний пристрій, який може очищати воду при впливі сонячного світла. Крихітна таблетка (приблизно половина розміру поштової марки) – не перший сонячний пристрій для фільтрації води, але він домігся значних успіхів у порівнянні з уже реалізованими проектами. Попереднім конструкціям для повного очищення води були потрібні години перебування на сонці. На відміну від них новому продукту досить денного світла і для отримання надійної питної води потрібно всього кілька хвилин. У міру того, як технологія сонячних очищувачів буде вдосконалюватися, ці пристрої розміром з монету надійдуть в продаж перш за все для туристів, які стануть ідеальною аудиторією споживачів.