Цилиндрические солнечные батареи

Молодая американская компания с говорящим названием Solyndra (от английских слов «солнечный» и «цилиндр») разработала и вывела на рынок новый тип фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). По заверениям создателей, их продукт проще и дешевле в установке и поставляет большее количество энергии в сеть.

Мы рассказывали о достижениях в этой области: мировой рекорд КПД кремниевой солнечной батареи — 42,8%, органических ФЭП — 11,1%, гибких солнечных преобразователей — 17,7%. В то же время рекорд эффективности конверсии солнечного света в ток, поставленный в сеть, — 31,25%.

В отличие от стандартных солнечных батарей, которые сделаны из широких плоских элементов, новые преобразователи выполнены в виде цилиндров.

Так выглядят цилиндрические солнечные батареи вблизи (фото Solyndra).

Тонкая плёнка полупроводникового материала (на основе меди, индия, галлия и селена) наносится на стеклянные трубки. Затем она помещается во вторую такую же трубку с электрическими контактами, похожими на те, что используются во флуоресцентных лампах.

Такая форма позволяет увеличить количество поглощаемого света (а значит, и электроэнергии) в течение дня без изменения положения конструкции батарей.

Дело в том, что наибольшее поглощение имеет место, если свет падает на пластины под прямым углом, и для плоских ФЭП необходимы специальные системы, отслеживающие положение Солнца (а это дополнительное пространство, сложности в механизме и, как следствие, деньги).

Кроме того, на устойчивость установок от Solyndra практически не влияет ветер (по техническим данным, до скорости в 200 километров в час), да и охлаждаются они быстрее, что уменьшает рабочие температуры и увеличивает надёжность работы системы . Как следствие, устанавливать их на крышах проще и дешевле (не нужны противовесы), нежели преобразователи с системами слежения за Солнцем.

Кстати, расстояние между цилиндрами также увеличивает КПД, так как проходящий через щели свет отражается от крыши здания (а её отражающую способность можно искусственно увеличить с помощью специального белого покрытия) и попадает на ту часть батарей, что находится в течение дня в тени.

Преимущества цилиндрических перед стандартными фотоэлектрическими панелями (фото Solyndra).

На данный момент компания получила заказы на общую сумму в $1,2 миллиарда и продаёт цилиндрические солнечные батареи по всему миру. Сейчас строится ещё один завод, который будет каждый год производить ФЭП, способные поставить в сеть около 110 мегаватт электроэнергии.

Солнечная батарея с квантовыми ямами

Британская компания Quantasol создала экспериментальную солнечную батарею, которая показала рекордный КПД для однопереходных фотоэлектрических преобразователей.

Разработка представлена на выставке солнечных батарей нового поколения — A Quantum of Sol, проходящей с 30 июня по 4 июля в Лондоне.

КПД новой ячейки составил 28,3% (при освещении концентрированным светом яркостью в 500 раз выше нормального солнечного потока). Это достижение зафиксировано независимыми экспертами из германского института солнечной энергии Фраунгофера (Fraunhofer ISE).

Quantasol была создана в 2007 году как дочерняя фирма Имперского колледжа Лондона (Imperial College London) учёными, занимавшимися исследованиями в области наноматериалов. Нынешняя экспозиция — отчёт о результатах двухлетнего труда.

На выставке A Quantum of Sol свою продукцию представили сразу несколько компаний и исследовательских групп, работающих над применением нанотехнологий в солнечной энергетике. Рекордная однопереходная батарея от Quantasol показана именно на этом снимке. Новая панель – это миниатюрный чёрный квадратик в центре микросхемы (фото Quantasol).

28,3 — не столь уж внушительный показатель на фоне лучших мультипереходных солнечных батарей (у которых КПД близок к 41%), но гораздо лучше, чем у классических и самых распространённых ныне кремниевых панелей (10-20%).

Новая солнечная панель создана на основе так называемых квантовых ям (quantum well) — наноструктур, настроенных так, чтобы с высокой эффективностью превращать в ток свет с определённой длиной волны.

В частности, рекордная батарея Quantasol построена на основе арсенида галлия, с добавлением армии нанометровых частиц из арсенида индия галлия (они и формируют квантовые ямы). Варьирование параметров последних позволяет настраивать пик эффективности всего преобразователя на желаемую частоту.

Батареи на основе арсенида галлия заметно дороже кремниевых соперников, – поясняют физики, – но зато они намного лучше работают в условиях «перегрузки» концентрированным светом, нежели перегревающийся кремний. И потому новые панели могут быть использованы в системах с мощными концентраторами на основе линз или зеркал, в которых площадь сбора лучей в десятки и сотни раз больше площади самой солнечной батареи. А это – путь к удешевлению всей системы (фото с сайта summerscience.org.uk).

Зачем это нужно? Только в космосе на солнечные панели падает одинаковый свет, рассуждают специалисты Quantasol. В реальных условиях на земле он обладает несколько отличным спектром в зависимости от места расположения панели: поток меняется по мере перехода от экваториальных районов к высоким широтам. Да и преобладающая в той или иной местности погода вносит свои коррективы. Толща атмосферы — это фильтр, меняющий картину падающих на землю лучей.

Чтобы получать от них максимум энергии, да не только в полдень, но и в другое время дня, а также — в разные дни недели, батарея должна быть адаптирована к наиболее эффективному поглощению ряда специфических частот. Этого и можно добиться во время производства панели.

Теперь Quantasol намерена построить с применением всё тех же квантовых ям и мультипереходные ячейки, дабы побить абсолютный рекорд в преобразовании солнечного света. Такие батареи британцы рассчитывают представить в начале 2010 года. По оценке учёных, КПД мультипереходных фотоэлектрических преобразователей можно будет увеличить на 3-4%.

Компания утверждает, что разработанная ею технология производства батарей с квантовыми ямами позволит в скором времени снизить стоимость такого типа солнечных ячеек, так что по цене за каждый ватт выходной мощности и за каждый киловатт-час произведённой энергии (с учётом применения концентраторов) они смогут приблизиться к кремниевым панелям