От солнечных батарей до умных окон: как свет превращают в электричество

Пятый канал 17 0

Получать электричество от окна, стены дома или батареи, которую можно взять с собой в рулоне, — над такими технологиями работают ученые. Солнечная энергетика меняется, а вместе с ней — представления о том, где и как можно использовать свет.

Как устроены солнечные панели, почему мороз не обязательно мешает их работе и какую пользу может принести снег? Ответы на эти и другие вопросы — в программе Пятого канала «Давай разберемся!».

Свет попал — ток пошел: как работают солнечные панели

www.globallookpress.com/Amrei Schulz

Каждую секунду Солнце «сжигает» четыре миллиона тонн собственной массы и высвобождает триста восемьдесят квинтиллионов мегаджоулей энергии. Это эквивалентно взрыву трехсот миллиардов ядерных бомб.

Земля — лишь крошечная точка на огромном расстоянии от звезды. До нас доходит только ноль целых три десятитысячных процента от ее излучения. Но этого достаточно, чтобы поддерживать на планете жизнь и обеспечивать нас бесплатной энергией.

«Солнечный свет попадает на материал и поглощается им. Эффективность солнечных элементов перовскитных возросла буквально за 10–15 лет с 3 до 25–27%», — говорит ведущий научный сотрудник лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Павел Гостищев.

В основе работы солнечной панели лежит фотоэффект — явление, при котором свет попадает на определенные материалы, выбивает из них электроны и создает электрический ток. Именно за объяснение этого процесса Альберт Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике в 1921 году! А не за теорию относительности, как думают многие.

Окна вырабатывают ток, батареи сворачиваются в рулон: что разрабатывают ученые

www.globallookpress.com/Jasper Jacobs

Абсолютный рекордсмен по площади фотоэлектрических модулей — проект Талатан в Китае. Панели занимают 420 квадратных километров и позволяют получать 1,5 миллиарда киловатт-часов в месяц. Этого хватило бы, чтобы целый год питать такие города, как Омск, Воронеж или Пермь.

«Срок окупаемости солнечной электростанции. Что касается коммерческих потребителей, составляет около 3–4 лет. Что касается частных потребителей — около 5–6 лет», — говорит директор компании по установке солнечных панелей Алексей Попов.

Для изготовления современных солнечных панелей используют кремний — надежный, но дорогой материал. Ученые ищут способы сделать солнечную энергию дешевле и доступнее. Одно из решений — перовскиты — особый класс соединений, из которых создают активный слой батареи.

«Это тонкопленочная структура, она может наноситься на различные материалы. Основными такими материалами является либо стекло, либо пластиковые подложки. Таким образом, наши солнечные элементы могут быть гибкими и могут использоваться в таких устройствах, как, например, раскладываемая солнечная батарея, которую можно свернуть в рулон, взять с собой», — говорит Павел Гостищев.

Среди инновационных технологий на сегодня — прозрачные панели, которыми планируют заменить оконные стекла. Они будут генерировать энергию и при этом не мешать естественному освещению.

Первые прототипы уже тестируют в Нидерландах, Дании и США. Самая последняя разработка — фоточувствительные наночастицы в виде чернил, которые можно наносить как краску на любую поверхность. Например, на стену дома!

«Мы используем не дорогостоящее вакуумное оборудование, как для кремниевых технологий, а промышленную жидкостную печать. Производство значительно удешевляется. Печатать из раствора гораздо легче и гораздо дешевле», — говорит Павел Гостищев.

Снег помогает, мороз не мешает: как солнечные панели работают зимой

www.globallookpress.com/Jasper JacobsИногда солнечные электростанции зимой использовать эффективнее, чем летом. Снег отражает от восьмидесяти процентов падающих лучей. В Канаде устанавливают двусторонние модули, которые ловят фотоны и сверху, и снизу. Такие тестируют и в Норвегии, Финляндии, Швейцарии и России.

В мороз полупроводники работают стабильнее: электрическое сопротивление снижается, сокращается потеря мощности. Высокие температуры, напротив, вызывают деградацию фотоэлементов.

«В среднем за 30 лет модуль теряет около 20% своей номинальной мощности. При этом в мире есть солнечные станции, которые успешно работают уже более 40 лет», — говорит начальник производственной службы завода по изготовлению солнечных панелей Алексей Иванов.

Впервые эту технологию использовали в космосе. На орбите от батареи требовались надежность и долгий срок службы. На британском орбитальном спутнике UoSAT 2, который запустили еще в 1984 году, фотоэлектрические модули работают до сих пор!

Современные панели на крышах домов не имеют ни одного подвижного элемента и не требуют обслуживания — такая простота досталась им в наследство от космических аппаратов.