kategória: Najlepšie články » Zaujímavé elektrické správy
Počet zobrazení: 16945
Komentáre k článku: 7
5 neobvyklých solárnych panelov budúcnosti
dnes kremíkové solárne panely - ďaleko od finále na ceste k obmedzeniu energie slnečného žiarenia a jeho premene na užitočnú elektrickú energiu. Vedci stále veľa prác vykonávajú a v tomto článku zvážime päť neobvyklých riešení, ktoré niektorí z moderných vedcov vyvíjajú.
Je postavené americké národné laboratórium pre obnoviteľnú energiu (NREL) solárna batéria založená na polovodičových kryštáloch, ktorých veľkosť nepresahuje niekoľko nanometrov, jedná sa o tzv. kvantové bodky. Vzorka už je majstrom v oblasti vonkajšej a vnútornej kvantovej účinnosti, ktorý dosiahol 114%, respektíve 130%.
Tieto charakteristiky ukazujú pomer počtu generovaných párov elektrónových otvorov k počtu fotónov dopadajúcich na vzorku (vonkajšia kvantová účinnosť) a pomer počtu generovaných elektrónov k počtu absorbovaných fotónov (vnútorná kvantová účinnosť) pri určitej frekvencii.
Vonkajšia kvantová účinnosť je menšia ako vnútorná, pretože nie všetky absorbované fotóny sa podieľajú na generácii a niektoré fotóny dopadajúce na panel sa jednoducho odrážajú.
Vzorka sa skladá z nasledujúcich častí: sklo v antireflexnom povlaku, vrstva priehľadného vodiča, potom nanoštruktúrované vrstvy oxidu zinočnatého a kvantové bodky selenidu olova, potom etánditiol a hydrazín a tenká vrstva zlata ako horná elektróda.
Celková účinnosť takejto bunky je asi 4,5%, ale to postačuje na experimentálne získanú pomerne vysokú kvantovú účinnosť tejto kombinácie materiálov, čo znamená optimalizáciu a zlepšenie dopredu.
Ani jeden solárny článok nepreukázal vonkajšiu kvantovú účinnosť vyššiu ako 100%, zatiaľ čo jedinečnosť tohto vývoja NREL spočíva v skutočnosti, že každý fotón, ktorý dopadne na batériu, vytvára na výstupe viac ako jeden pár elektrónových otvorov.
Dôvodom úspechu bola viacnásobná generácia excitónov (MEG), efekt, ktorý sa prvýkrát použil na vytvorenie plnohodnotnej solárnej batérie schopnej vyrábať elektrinu. Intenzita účinku je spojená s parametrami materiálu, s pásmovou medzerou v polovodiči, ako aj s energiou dopadajúceho fotónu.
Veľkosť kryštálu je rozhodujúca, pretože kvantové bodky obmedzujú nosiče náboja a môžu zhromažďovať prebytočnú energiu v malom objeme, inak by sa táto energia jednoducho stratila vo forme tepla.
Laboratórium sa domnieva, že prvky založené na MEG efekte sú veľmi hodnými kandidátmi na titul novej generácie solárnych panelov.
Ďalší neobvyklý prístup k vytváraniu solárnych článkov navrhol Prashant Kamat z University of Notre Dame. Jeho skupina vyvinula farbu založenú na kvantových bodkách oxidu titaničitého potiahnutého sulfidom kadmia a selenidom kadmia vo forme zmesi voda-alkohol.
Pasta bola nanesená na sklenenú dosku s vodivou vrstvou, potom bola vypálená a výsledok bol fotovoltaická batéria, Substrát konvertovaný na fotovoltaický panel potrebuje iba elektródu navrchu a elektrický prúd je možné získať umiestnením na slnko.
Vedci sa domnievajú, že v budúcnosti bude možné vytvoriť farbu pre autá a domy, a tak zmeniť, povedzme, strechu domu alebo karosériu vozidla, natretú touto špeciálnou farbou, na solárne panely. Toto je hlavný cieľ výskumných pracovníkov.
Aj keď účinnosť nie je vysoká, iba 1%, čo je 15-krát menej ako tradičné kremíkové panely, je možné solárne farby vyrábať vo veľkých objemoch a veľmi lacno.Energetické potreby v budúcnosti tak môžu byť uspokojené, hovoria chemici zo skupiny Kamat, ktorí nazývajú svojich potomkov «Sun-uveriteľný», čo znamená „pravdepodobnosť slnečného žiarenia“.
Ďalšie neobvyklé metóda premeny slnečnej energie ponuku na technologickom ústave Massachusetts. Andreas Mershin a kolegovia vytvorili experimentálne batérie založené na komplexe biologických molekúl schopných "zhromažďovať" svetlo.
Fotosystém PS-1, ktorý si požičal od cyanobaktérie Thermosynechococcus elongatus, navrhol molekulárny biológ Shuguan Zhang a niekoľko jeho podobne zmýšľajúcich ľudí 8 rokov pred začiatkom súčasných experimentov Andreas Mershin.
Ukázalo sa, že účinnosť systémov je iba asi 0,1%, ale toto je už dôležitý krok na ceste k hromadnému zavádzaniu do každodenného života, pretože náklady na výrobu takýchto zariadení sú extrémne nízke a vlastníci biologických zariadení si vo všeobecnosti môžu vytvárať vlastné batérie pomocou sady chemikálií a stohu čerstvo pokosenej trávy. , Medzitým množstvo zlepšení zvýši účinnosť na 1 - 2%, t. na komerčne realizovateľnú úroveň.
Predchádzajúce podobné bunky s fotosystémami mohli fungovať iba primerane pod laserovým svetlom sústredeným striktne na bunku a potom iba v úzkom rozsahu vlnových dĺžok. Okrem toho boli potrebné drahé chemikálie a laboratórne podmienky.
Ďalším problémom bolo, že molekulárne komplexy extrahované z rastlín nemohli dlho existovať. Tím inštitútu teraz vyvinul sadu povrchovo aktívnych peptidov, ktoré obalujú systém a uchovávajú ho po dlhú dobu.
Tým, že sa zvýšila účinnosť zberu svetla, riešil tím Technologického inštitútu v Massachusetts problém ochrany fotosystémov pred ultrafialovým žiarením, ktoré predtým fotosystém poškodilo.
PS-1 sa teraz vysiala nie na hladký substrát, ale na povrch s veľmi veľkou efektívnou plochou to boli skúmavky s oxidom titaničitým s hrúbkou 3,8 μm s pórmi 60 nm a tyče s hustým oxidom zinočnatým niekoľko mikrometrov vysoké a niekoľko stoviek nanometrov v priemere ,
Tieto varianty fotoanódy umožnili zvýšiť počet molekúl chlorofylu za svetla a chránili komplexy PS-1 pred ultrafialovým žiarením, pretože obidva materiály ich dobre absorbujú. Okrem toho, titánové trubice a zinkové tyče tiež hrajú úlohu rámu a pôsobia ako elektrónové nosiče, zatiaľ čo PS-1 zbiera svetlo, asimiluje ho a oddeľuje náboje, ako sa to deje v živých bunkách.
Bunka vystavená slnku poskytla napätie 0,5 voltu so špecifickým výkonom 81 mikrometrov na štvorcový centimeter a hustotou fotoprúdu 362 μA na štvorcový centimeter, čo je 10-krát vyššie ako akýkoľvek iný biovoltický systém známy skôr založený na prírodných fotosystémoch.
Teraz sa bavme solárne články na báze organických polymérov, Ak zavedú hromadnú výrobu, budú oveľa lacnejšie ako konkurenti kremíka, napriek tomu, že už dosiahli efektívnosť 10,9%. Tandemová polymérna solárna batéria, vytvorená tímom vedcov z Kalifornskej univerzity v Los Angeles (UCLA), má niekoľko vrstiev, z ktorých každá pracuje s vlastnou časťou spektra.
Najdôležitejším bodom je úspešná kombinácia rôznych látok, ktoré si navzájom neinterferujú. Z tohto dôvodu autori vyvinuli špeciálne konjugované polyméry s nízkou medzerou v pásme.
V roku 2011 sa vedcom podarilo získať takúto jednovrstvovú polymérnu bunku s účinnosťou 6%, zatiaľ čo tandemová bunka vykázala účinnosť 8,62%. Vedci sa ďalej snažili rozšíriť rozsah pracovného spektra v infračervenom regióne a museli pridať polymér japonskej spoločnosti Sumitomo Chemical, vďaka čomu sa im podarilo dosiahnuť účinnosť 10,9%.
Tento najúspešnejší dizajn sa skladá z prednej bunky vyrobenej z materiálu s veľkou medzerou v páse a zadnej bunky s úzkou medzerou v páse.Autori vývoja tvrdia, že vytvorenie takého prevodníka vrátane nákladov na materiál nie je príliš drahé, navyše samotná technológia je kompatibilná s tenkovrstvovými solárnymi panelmi vyrábanými dnes.
Zdá sa, že v nasledujúcich rokoch sa solárne články na báze organických polymérov stanú komerčne životaschopnými, pretože vývojári plánujú zvýšiť svoju účinnosť na 15%, tj na úroveň kremíka.
Zaokrúhlenie hodnotenia super tenké solárne panely s hrúbkou 1,9 mikrónučo je desaťkrát tenšie ako akékoľvek iné tenkovrstvové batérie vytvorené predtým. Japonskí a rakúski vedci spoločne vytvorili tenký organický neobvykle flexibilný solárny panel. Pri demonštrácii bol produkt obalený okolo ľudských vlasov s priemerom 70 um.
Na výrobu batérie sa použili tradičné materiály, ale substrát bol vyrobený z 1,4 mikrónového polyetyléntereftalátu. S účinnosťou 4,2% bol špecifický výkon novej solárnej batérie 10 wattov na gram, čo je zvyčajne 1000-krát viac ako zodpovedajúci ukazovateľ pre multikryštalické kremíkové batérie.
V tomto ohľade sa zdá byť sľubné rozvoj oblastí, ako sú „inteligentné textílie“ a „inteligentné kože“, kde okrem solárnych panelov môžu byť elektronické mikroobvody vytvorené pomocou podobnej technológie rovnako tenké a flexibilné.
Pozri tiež:5 neobvyklých návrhov veterných generátorov
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: