Кто изобрел первую солнечную батарею

История солнечной энергии. Когда все зародилось?

Хотя солнечная энергетика играет динамичную и устоявшуюся роль в сегодняшней экономике чистой энергии, существует долгая история, предшествующая появлению фотоэлектричества (PV). Переход на солнечную энергию имел совершенно иное значение даже 15 лет назад. Давайте вернемся на несколько столетий назад, к истокам появления солнечных фотоэлектрических систем и изучим корни кремниевой солнечной технологии, которая так хорошо известна сегодня.

Когда стали использовать солнечную энергию?

В теории солнечная энергия использовалась людьми уже в VII веке до н.э. Так, история говорит нам, что люди использовали солнечный свет для зажигания огня с помощью увеличительных стекол.

Позднее, в 3-м веке до нашей эры, греки и римляне, как известно, использовали солнечную энергию с зеркалами для зажигания факелов для религиозных обрядов. Эти зеркала стали общепринятым инструментом, называемым «горящими зеркалами».

Китайская цивилизация документировала использование зеркал для той же цели позднее в 20 веке нашей эры.

Еще одно раннее использование солнечной энергии, которое все еще популярно сегодня, — это концепция «соляриев» в зданиях. В этих соляриях использовались массивные окна, чтобы направлять солнечный свет в одну концентрированную область.

Некоторые из культовых римских бань, как правило, расположенных на южной стороне зданий, были соляриями.

Позже в 1200-х годах нашей эры, предки коренных американцев Пуэбло, известные как Анасази, расположились на южных склонах скал, чтобы запечатлеть тепло солнца в холодные зимние месяцы.

В конце 1700-х и 1800-х годов исследователи и ученые добились успеха, используя солнечный свет для мощных печей для длительных путешествий. Они также использовали силу солнца для производства солнечных паровых лодок.

В конечном счете, ясно, что еще тысячи лет до нашей эры концепция манипулирования силой солнца была обычной практикой.

Когда были изобретены солнечные панели?

Разработка технологий была итеративной, которая приняла ряд вкладов от различных ученых. Естественно, существуют споры вокруг того, когда именно они были созданы, и кто их изобрел первым.

Некоторые считают французского ученого Эдмонда Беккерела создателем солнечной панели. Так, он понял, что свет, может увеличить выработку электроэнергии, когда два металлических электрода помещены в проводящий раствор.

Этот прорыв, определяемый как «фотовольтаический эффект», оказал влияние на последующие разработки PV с селеном.

В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил, что селен обладает фотопроводящим потенциалом. В 1876 году Уильям Гриллсом Адамс и Ричард Эванс, открыли что селен создает электричество под воздействием солнечного света. Несколько лет спустя, в 1883 году, Чарльз Фритц фактически произвел первые солнечные батареи, изготовленные из селеновых пластин — причина, по которой некоторые историки приписывают Фритцу фактическое изобретение солнечных батарей.

Однако, солнечные батареи, такие какие мы знаем сегодня, изготавливаются из кремния, а не из селена. Поэтому некоторые считают, что настоящее изобретение солнечных панелей должно быть связано с именемами Дэрила Чапина, Кэлвина Фуллера и Джеральда Пирсона, которые создали кремниевый фотоэлектрический элемент (PV) в Bell Labs в 1954 году.

Многие утверждают, что это событие является истинным изобретением PV технологии. Потому что это был первый экземпляр солнечной технологии, которая могла на самом деле приводить в действие электрическое устройство в течение нескольких часов в день.

Первый в мире кремниевый солнечный элемент может преобразовывать солнечный свет с эффективностью в четыре процента, что ниже четверти того, на что способны современные панели.

Другие важные события в истории солнечной энергетики

Солнечные батареи в космическом пространстве. Некоторые из самых ранних применений солнечной технологии были фактически в космическом пространстве, где солнечная энергия использовалась для питания спутников. В 1958 году спутник Vanguard I использовал крошечную одноэлементную панель для питания своих радиоприемников. В том же году Vanguard II, Explorer III и Sputnik-3 были запущены с технологией PV на борту. В 1964 году НАСА отвечало за запуск первого космического аппарата Nimbus, спутника, способного работать полностью на солнечной батарее мощностью 470 Вт. В 1966 году НАСА запустило первую в мире орбитальную астрономическую обсерваторию, работающую на 1кВТ массиве.

Первая солнечная резиденция. В 1973 году Делавэрский университет был ответственен за строительство первого солнечного здания под названием «Солнечная энергия». Система работала на гибридных источниках солнечной тепловой и солнечной фотоэлектрической энергии. Это был также первый случай создания интегрированных фотоэлектрических систем (BIPV) — массив не использовал солнечные батареи, а вместо этого имел солнечную батарею, встроенную в крышу, аналогичную конструкции нового продукта крыши Tesla.

Достижения в области эффективности преобразования солнечной энергии. В период с 1957 по 1960 год компания Hoffman Electronics сделала ряд прорывов с фотогальванической эффективностью, улучшив показатель эффективности с 8% до 14%. Следующее крупное достижение было в 1985 году, когда Университет Южного Уэльса достиг 20% эффективности для кремниевых ячеек. В 1999 году Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии начала свое сотрудничество с SpectroLab Inc. для создания солнечного элемента с эффективностью 33,3%. Университет Южного Уэльса снова побил этот рекорд в 2016 году, когда исследователи достигли эффективности 34,5%.

Самолеты на солнечной энергии. В 1981 году Пол МакКриди построил Solar Challenger, первый самолет, который работал на солнечной энергии, и пролетел через Английский канал из Франции в Великобританию. В 1998 году дистанционно управляемый солнечный самолет «Pathfinder» установил высоту 24, 384 км. В 2001 году NASA смогла достичь 29, 2608 км с помощью своих самолетов без ракет. В 2016 году Бертран Пиккар завершил первый полет с нулевым уровнем выбросов по всему миру с помощью Solar Impulse 2, самого большого в мире и самого мощного самолета на солнечной энергии.

В 1979 году президент Джимми Картер установил солнечные батареи в Белом доме во время своего президентского срока. Однако в 1981 году президент Рональд Рейган приказал удалить солнечные панели Белого дома. В 2010 году президент Барак Обама попросил, чтобы солнечные батареи и солнечный водонагреватель были установлены в Белом доме. Оба были установлены во время первого срока Обамы.

Стоимость солнечной энергии с течением времени — Цены на солнечные панели значительно упали за последние несколько десятилетий, что привело к росту потребительского спроса, что позволило произвести более миллиона американских установок в начале 2016 года. В 1956 году солнечные панели стоили примерно 300 долларов за ватт. К 1975 году этот показатель упал до чуть более 100 долларов за ватт. Сегодня солнечная панель может стоить всего лишь 0,50 доллара за ватт. Подумайте об этом: с 1980 года цены на солнечные панели упали по крайней мере на 10 процентов каждый год. Резкое падение стоимости солнечной энергии в значительной степени обуславливает растущую популярность солнечной энергии и легитимность PV как надежного источника энергии в современном мире.

Современная солнечная энергия

На сегодняшний день у солнечной энергии есть длинный список, где она используется. Она охватывает различные отрасли и вносит свой вклад в развитие сотни различных гаджетов и технологий. Узнайте, как солнечная энергия поможет Вам сэкономить — получите оценки солнечной установки и экономии энергии. Если Вы готовы начать сравнивать цены в Вашем регионе, свяжитесь с нами.

Читать также: Новый материал преобразует свет, тепло и движение в электричество

Источник: https://www.tokmaksolar.com.ua/ru/novosti/880-kakova-istoriya-solnechnoj-energii

Что такое солнечные батареи

О том, чтоб использовать солнечную энергию, люди задумывались достаточно давно. Однако ни технологические возможности, ни, тем более, представления о солнечной системе вообще, не позволяли это сделать.

Можно сказать, что до XIX века сама мысль о преобразовании солнечной энергии в электрическую была даже не мечтой, а чем-то фантастическим и необъяснимым.

Отправной точкой в этом направлении считается открытие фотогальванического эффекта, которое осуществил в 1839 году ученый А.Э. Беккерель. Но и это на тот момент было лишь начальным шагом.

Всерьез же о применении солнечной энергии заговорили только много лет спустя, в 1883 году, когда Чарльз Фриттс изобрел первый в мире модуль, работающий на данном источнике энергии. Ученый использовал селен, на который тончайшим слоем было нанесено золото.

Сочетание именно этих материалов, и в такой пропорции, по мнению Фриттса, должно было обеспечить преобразование энергию Солнца в электричество. Первые прототипы солнечных батарей были построены во Франции, в частности, на всемирной выставке, проходящей в Париже, ученый О.

Мушо продемонстрировал посетителям прибор, фокусирующий при помощи зеркал солнечные лучи на паровом котле. Прибор получил название инсолятор.

Однако и это еще не та солнечная батарея, известная нам сегодня. Несколько десятилетий понадобилось ученым, чтобы создать аппараты, способные преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Начальные приборы были громоздкими и дорогостоящими, а их КПД на протяжении многих лет едва-едва увеличивалось с 1% до 6%. Только в 70-е годы прошлого столетия удалось добиться приемлемого КПД, равнявшемуся 10%.

Это уже позволило серьезно рассматривать солнечные батареи как источник энергии. Но и то, не на Земле, так как полученное таким образом электричество обходилось слишком дорого. Поэтому батареи данного типа нашли применение только в космической отрасли. И только к 90-м годам удалось изобрести такие приборы, которые, отличаясь относительно недорогой стоимостью, могли выдавать КПД более 20%.

Это уже позволило задуматься о том, чтобы применять батареи в производственных и бытовых сферах.

Что представляют собой современные солнечные батареи

О том, что такое солнечные батареи, наверное, слышали многие, но мало кто знает, из чего устроены эти приборы. На самом деле, конструкция устройств, с одной стороны, сложная, с другой – довольно проста, так как состоит всего из нескольких элементов. Если рассматривать классический вариант оборудования по преобразованию солнечной энергии в электричество, то в его устройство входят:

Собственно, солнечная батарея;
Инвертор, необходимый для преобразования постоянного тока в переменный;
Аккумулятор, оснащенный прибором для контроля заряда.

Сама солнечная батарея также состоит из нескольких элементов, они называются фотоэлектрическими преобразователями. Подавляющее большинство данных элементов изготовляют из кремния.

Фотоэлектрические преобразователи (они же солнечные элементы, как их еще называют) соединяются между собой как последовательно, так и параллельно, что позволяет увеличить необходимые параметры, такие как мощность, напряжение и ток.

Кроме того, такой способ соединения является страховкой – если один из элементов выйдет из строя, то устройство продолжит работать, хоть и с меньшей производительностью.

Для чего же можно использовать данный источник энергии? Да практически для всего, что требует электропитания. В частности – это освещение, работа бытовых электроприборов, а также отопление зданий.

Во многих странах рядовые пользователи уже устанавливают на крышу частных домов солнечные панели, чтобы получить полную автономию и независимость от поставщиков электроэнергии. Но самыми крупными на данный момент потребителями, конечно же, являются коммерческие компании.

Хорошее распространение солнечных батарей наблюдается в агропромышленных комплексах, так как огромная территория таких комплексов дает возможность разместить большое количество панелей, чтобы получать требуемый объем электроэнергии.

Принцип работы

Не вдаваясь в сложные технологические подробности, можно описать принцип работы солнечных батарей следующим образом. Имеются две кремниевые пластины, одна из них покрыта фосфором, что дает избыток электронов, заряженных отрицательно, вторая пластина покрыта бором, что образует некие «дыры» из-за нехватки отрицательных зарядов.

При попадании солнечного света на панель с отрицательным зарядом образуются дополнительные «дыры» и отрицательные заряды. Под действием солнечных лучей электроны начинают двигаться, что и вызывает появление электрического тока в батарее.

Ток, в свою очередь, при помощи медных жил, покрывающих батарею, отводится от панели и направляется непосредственно в место назначения. Это может быть либо электронный прибор, к которому напрямую подается электричество, либо же аккумулятор, в котором оно накапливается.

Однако стоит знать, что напрямую электричество от солнечной панели может подаваться только к потребителю постоянного тока, например, лампочке. Но для использования данного вида энергии в электроприборах, являющихся потребителями переменного тока, необходим инвертор.

Преимущества перед другими источниками энергии

Первым, и одним из главных достоинств солнечных батарей, можно назвать тот факт, что пользователь, установивший их, получает полную независимость от поставщиков электроэнергии. Больше не придется беспокоиться о том, что внезапно могут отключить свет ввиду профилактики или аварии. А с таким явлением, как отключение, хорошо знакомы жители частного сектора, особенно – удаленных от города населенных пунктов.

Да и в самом городе, если это не крупный мегаполис, нередко возникают перебои с электричеством. Самая банальная причина – вызванная бурей авария, в результате которой потребителям приходится ждать, пока ремонтники устраняют неисправность. Это может занять несколько часов, а порой – и целый день. И для кого-то это может создать определенные проблемы, если, к примеру, от электроэнергии зависит работа человека.

Да и в бытовом плане такое происшествие вызывает дискомфорт. Наличие же солнечных панелей навсегда избавляет от таких неприятных ситуаций. Если сравнить их с таким автономным источником питания, как дизельный генератор, то, во-первых, расход топлива у него достаточно большой, а оно тоже постоянно растет в цене. А во-вторых, солнечные батареи работают бесшумно, в отличие от генератора.

Да и в эксплуатации более безопасны.

Вторым преимуществом является цена получаемого электричества. По сути, она равняется нулю, ведь Солнце светит совершенно бесплатно. Расходы будут только при покупке и установке оборудования, что, конечно, может показаться довольно дорогим капиталовложением. Однако если рассмотреть вопрос детальнее, то становится понятным, что в будущем это окупится, и довольно хорошо.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Как происходит коммутация пакетов

Ведь стоимость электроэнергии постоянно повышается, во многом зависит опять же от запросов поставщиков, которые могут неоправданно и резко повысить цену. Обслуживать панели вовсе не нужно, за ними необходим только небольшой уход, который заключается в протирании поверхностей от пыли и грязи. Единственное, что потребуется – помимо самих панелей надо приобрести дополнительное оборудование.

Это контроллер, а также инвертор для солнечных батарей, который можно купить на нашем сайте.

Третье достоинство состоит в том, что панели можно наращивать. Это очень полезное качество, так как не все потребители готовы сразу приобрести большую установку и полностью перейти на данный источник энергии. При желании, можно установить батареи как дополнительный источник, не отказываясь пока от главного.

А убедившись, что система работает, можно в течение нескольких последующих лет постепенно добавлять все новые панели. Это будет не так затратно для семейного бюджета, а пользователь не будет беспокоиться о том, что система ненадежная или не внушает доверия. В будущем же можно окончательно отдать предпочтение использованию солнечной батареи.

И, что еще немаловажно, подключение новых панелей можно выполнять самостоятельно, не вызывая каждый раз специалистов.

Ну и последнее преимущество, это – экологичность. Те, кто беспокоится за окружающую среду, могут быть спокойны, используя безопасный и чистый источник электроэнергии, не нанося вред природе.

Источник: http://huawei.energy/useful-know/chto_takoe_solnechnye_batarei/

В солнечную энергетику приходит металлоорганика

Мир болен гелиоэнергетикой. Солнечные электростанции (СЭС), гелиопанели на крышах домов, питающие всю бытовую электронику, транспорт на солнечной энергии — это уже не только перспективные исследования, но реальные направления бурно развивающейся промышленной отрасли.

Причем Россия в этой области не только не отстает, но прорвалась на самый передний край.

Сегодня «Известия» рассказывают о том, что заставляет солнечную энергетику развиваться с головокружительной скоростью, какие перемены нас ждут в жилищном строительстве, из чего будут сделаны солнечные батареи будущего.

Прообразом идеального мира альтернативной энергетики будущего сегодня считается германская Бавария. Солнечная батарея установлена там на крыше каждого дома, а хозяин, который не хочет пользоваться гелиоэнергией, платит отдельный немаленький сбор за эту прихоть. Излишки энергии каждое баварское домохозяйство отдает в общую электрическую сеть и даже зарабатывает на этом.

В Германии обязанность граждан пользоваться солнечной энергией уже закреплена законодательно, но и другие европейцы не отстают. На наших глазах в развитых странах всего мира происходит стремительный переход от топливной энергетики, расходующей природные ископаемые, к использованию возобновляемой энергии, прежде всего солнечной. Совокупная мощность СЭС в мире растет экспоненциально. Рынок требует всё больше и больше солнечных батарей.

Еще несколько лет назад основными производителями гелиопанелей считались Япония, США и некоторые страны Европы. Но сейчас подавляющая часть производства солнечных батарей сосредоточилась в Китае: эта страна долгое время занималась сознательным отраслевым демпингом и добилась успеха на этом пути.

Лишь два завода по производству солнечных батарей сохранились в Европе: один в Италии, другой — в России.

Завод по производству солнечных батарей компании «Хевел» находится в городе Новочебоксарске и производит как классические солнечные модули, устанавливаемые на ровную поверхность, так и полугибкие и гибкие элементы, которые можно встраивать в любые конструкции.

— По совокупности природно-климатических факторов потенциал развития солнечной энергетики в России в разы превышает запланированные показатели, — рассказал «Известиям» генеральный директор «Хевел» Игорь Шахрай.

— Центральная часть России по уровню инсоляции (количеству солнечного облучения) ничем не уступает Германии, — европейскому лидеру в области солнечной энергетики. А огромные территории Урала, Сибири и Дальнего Востока по этому показателю значительно превосходят южноевропейские регионы. Не забудем и про юг России.

Волгоградская, Ростовская, Астраханская области, Краснодарский край, Кавказ необыкновенно привлекательны для развития солнечной энергетики: в этих регионах количество солнечных дней в году достигает трех сотен.

По оценке Игоря Шахрая, российские производители, при поддержке на внутреннем рынке, могли бы обеспечить от 1 до 5% мирового производства солнечных модулей, несмотря на чрезвычайно острую конкуренцию в мире.

— Еще два года назад наша страна сильно отставала по эффективности и стоимости новых разработок в области солнечной энергетики, — рассказал «Известиям» директор Научно-технического центра тонкопленочных технологий в энергетике Дмитрий Орехов. — Но благодаря государственной программе поддержки возобновляемой энергетики, вызвавшей в нашей стране стремительный рост производства солнечных модулей, возник спрос на разработку качественно новых технологий и поиск новых материалов.

Несгибаемый кремний

Гелиоэнергетику по технологическому признаку принято делить на два направления — фотовольтаику и концентраторную солнечную энергетику. Последняя означает преобразование энергии светила в электрическую опосредованно, с применением теплового носителя — например, воды. Нагревание носителя с помощью отраженных солнечных лучей приводит в движение генерирующие установки.

Но магистральное направление современной солнечной энергетики — фотовольтаика, технология непосредственного преобразования энергии в электрическую.

Она основана на так называемом фотовольтаическом эффекте: при попадании света на некоторые полупроводниковые структуры между их частями возникает разность потенциалов, которую можно использовать для получения электрического тока.

Именно этот принцип лежит в основе работы абсолютного большинства СЭС и домашних преобразователей солнечной энергии.

Материалов для фотовольтаики предложено великое множество, но пока самым главным остается кремний — тот самый, который используется для изготовления электронных микросхем.

Кремниевая фотовольтаика, опять же, бывает очень разной, но 90% рынка занимают сегодня фотоэлектронные устройства, построенные на кремниевых гетероструктурах: на тонкую подложку из кристаллического кремния наносится кремний аморфный, который хорошо поглощает свет.

Между слоями этого бутерброда возникает p-n-переход, как в транзисторе, который с помощью энергии света собирает электроны (отрицательные заряды) в верхнем слое, а дырки (положительные заряды) — в нижнем. Остается только снять это напряжение с помощью электродов и подать его в аккумулятор, накапливающий электроэнергию.

КПД таких батарей, то есть та доля солнечной энергии, которую с их помощью удается превратить в электрическую, составляет сейчас в лабораторных условиях 25–26%, а в реальных коммерческих устройствах — 16–20%. Это очень много: никакая другая технология фотовольтаики к этим показателям пока даже не приблизилась.

Но КПД — не единственный ключевой показатель для солнечных батареек: не менее важна стоимость квадратного метра готового модуля. Для современной батареи, изготовленной по описанной технологии, она составляет в среднем $50–60. Впрочем, основателю компании SolarCity Элону Маску удается продавать сделанную по той же технологии кровлю для «солнечной крыши» аж по $200 за 1 кв. м — такова сила маркетинга.

Утонченные технологии

Главный недостаток описанной кремниевой — мейнстримной — технологии: солнечные батареи получаются очень хрупкими. Панели могут легко треснуть при сгибе или ударе, поэтому для их установки необходимы специальные жесткие алюминиевые рамы и прочный крепеж. Это здорово ограничивает область применения кремниевой фотоэнергетики.

Поэтому пришлось изобрести солнечные батареи второго поколения — основанные на так называемых тонкопленочных технологиях. Ученым удалось найти такие фотоэлектрические материалы, которые можно напылять на гибкую подложку, сгибать ее, придавать ей любую форму без ущерба для функциональности.

Одним из таких материалов оказался классический полупроводник арсенид галлия. Он дает высокий — до 30% — КПД, но увы, чрезвычайно дорог: $30–50 тыс. приходится заплатить за квадратный метр батарейки на его основе. Подобные цены могут устроить разве что космическую отрасль, где крайне важна эффективная солнечная энергетика, а экономия имеет меньшее значение.

Пришлось искать что-нибудь подешевле. Нашли два неорганических соединения — кадмий-теллур и селенид меди-индия-галлия (CIGS). Они дают сравнительно невысокий КПД — 10–15% (в лаборатории — до 20%). Но зато — при возможности их напыления на тонкие пленки — они феноменально экономичны: в полтора раза дешевле кремниевых!

Это второе поколение солнечных батарей — CIGS и кадмий-теллур — уже продается и занимает сейчас те 10% рынка, которые не добирает кремний. Но беда этих технологий в том, что кадмий-теллур токсичен, а индий и селен трудно утилизируются. Поэтому тонкопленочные солнечные батареи — любимая добыча гринписовцев и других защитников природы.

Органический подход

И тут на сцену выходит третье поколение солнечных батарей — устройств, основанных на органических материалах. Им нет еще и 10 лет, они нигде пока не производятся в промышленных количествах. Но динамика научных исследований в этой области позволяет вполне уверенно говорить о том, что будущее фотовольтаики — за третьим поколением, и в первую очередь за фотоэлектрическими преобразователями на основе материала под названием перовскит.

Этот металлорганический полупроводник обладает уникальными оптоэлектронными свойствами: под действием света в нем возникают свободные заряды — положительные (дырки) и отрицательные (электроны). Слой перовскита помещают между двумя транспортными слоями, один из которых отфильтровывает электроны и передает их на катод, другой выделяет дырки и отдает на анод. Так между катодом и анодом возникает электрическое напряжение, которое передается в цепь.

Первый такой элемент был создан японскими учеными в конце первого десятилетия нашего века. Он прожил не более получаса и имел КПД всего 3%.

— В процессе изучения данного соединения и улучшения архитектуры самого перовскита учеными всего мира удалось поднять КПД до 22% менее чем за 10 лет, и потолок еще не достигнут, — рассказал «Известиям» руководитель лаборатории перспективной солнечной энергетики Национального исследовательского технологического университета МИСиС Альдо ди Карло. — У кремния на достижение КПД более 20% ушло лет 40–50.

Стоимость ватта энергии для кремниевых солнечных батарей составляет примерно полдоллара. Ожидается, что для перовскитной фотовольтаики этот показатель составит менее 20 центов. Побеждают перовскиты и по стоимости квадратного метра солнечной панели: менее $20 против $50–60 для кремния.

Перовскитная фотовольтаика сочетает высокий КПД с возможностями тонкопленочных технологий: фотоэлектрический слой можно напылять практически на что угодно, печатая солнечные батареи, как на струйном принтере. Одна беда: перовскиты всё еще остаются недостаточно стабильными. Молекула перовскита быстро распадается под воздействием света. Сейчас срок жизни высокопроизводительной солнечной батареи на основе перовскита составляет не более года.

— Теперь нужно заниматься инженерией молекулы, искать оптимальный состав материала, — пояснил «Известиям» ведущий инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики Данила Саранин.

Он напомнил, что когда разрабатывались органические светодиоды OLED, установленные теперь в каждом смартфоне, их срок службы поначалу измерялся чуть ли не секундами. Потом довели его до минут, часов, суток. Сейчас он составляет уже несколько лет. А ведь перовскитная фотовольтаика развивается намного более быстрыми темпами, чем технологии OLED.

По мнению Данилы Саранина, ожидать выхода перовскитных — дешевых, эффективных и технологичных — солнечных батарей на рынок можно уже в начале 1920-х годов, и это будет означать революцию в гелиоэнергетике.

Революция эта коснется в первую очередь градостроительства. Технология печати фотоэлектрических элементов на гибких подложках позволит буквально облепить жилое или офисное здание солнечными батареями со всех сторон.

Причем не только снаружи, но и изнутри: энергию внутреннего освещения тоже можно использовать повторно.

Если, например, обклеить стены офиса солнечными пленками, как обоями, то вырабатываемой энергии хватит на питание беспроводных устройств, всевозможных датчиков и даже на подзарядку телефонов.

На фасадах же зданий будут развешаны солнечные батареи, как рекламные баннеры. Окна зданий тоже превратятся в солнечные панели: со стороны они будут выглядеть как тонированное стекло, но эта тонировка в дневное время будет производить электроэнергию, достаточную для ночного освещения.

Справка «Известий»

Сегодня суммарное производство солнечной энергии в мире превышает 400 ГВт. В течение следующих пяти лет этот показатель, по прогнозам экспертов, достигнет 1 тераватт (1000 гигаватт). Два ключевых фактора — снижение себестоимости выработки солнечной электроэнергии и повышение эффективности солнечных модулей — сохранят тренд на стремительный прирост новых мощностей солнечной генерации.

В России, благодаря государственной программе развития возобновляемых источников энергии, уже построены станции, мощностью более 250 МВт, а ежегодный прирост новых мощностей солнечной генерации составляет порядка 240 МВт. Таким образом к 2024 году в России будут построены солнечные электростанции мощностью 1,7 ГВт.

По оценке директора информационно-аналитического центра «Новая энергетика» Владимира Сидоровича, к 2050 году в России 20% электроэнергии будет вырабатываться СЭС и солнечными батареями.

Источник: https://iz.ru/756872/dmitrii-liudmirskii/v-solnechnuiu-energetiku-prikhodit-metalloorganika

Солнечные батареи: как это работает

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Михаил Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Михаил Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что такое Залудил

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.

«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

Крупнейшие производители

Источник: https://itc.ua/articles/solnechnyie-batarei-kak-eto-rabotaet/

«Важнейшее изобретение человечества»: как устроены солнечные батареи

Солнечные батареи не только обеспечивают доступ к практически неиссякаемому источнику энергии, но и снижают выбросы СО2 в атмосферу, избавляя от необходимости сжигать ископаемое топливо. Popular Mechanics рассказывает, как появились солнечные батареи, как они работаю и какое будущее их ждет.

Первый шаг в долгой истории солнечной энергетики был сделан в 1839 году, когда французский физик Михаил Эдмон Беккерель открыл фотоэлектрический эффект. Более ста лет спустя химик Кельвин Фуллер, физик Джеральд Пирсон и инженер Дэрил Чапин, работавшие в компании Bell Laboratories, построили первый кремниевый фотоэлемент.

Никто из изобретателей не думал об отказе от нефти или защите окружающей среды: Чапин пытался создать источники питания для телефонов, установленных в отдаленной местности, а Пирсон и Фуллер исследовали свойства полупроводников.

Как работают солнечные батареи?

Чтобы понять принцип работы фотоэлементов, необходимо обратиться к строению атома кремния. На его внешней электронной оболочке есть вакантные места для электронов, которые атом пытается заполнить, образуя с другими атомами кристаллическую решетку. Чистый кристаллический кремний не может проводить ток, поэтому в солнечных панелях его смешивают с фосфором, на внешней электронной оболочке которого есть избыточный электрон. Полученный материал известен как кремний n-типа.

Кремний n-типа располагается на внешней поверхности солнечной панели, в внутри его сменяет кремний p-типа. В его состав добавлены такие элементы, как галлий или бор, у которых на внешней электронной оболочке не хватает электрона. Когда фотоны солнечного света возбуждают избыточные электроны в n-кремнии, те стремятся заполнить вакантные места в p-кремнии. Движение заряженных частиц генерирует электричество.

Солнечные батареи сегодня

На протяжении большей части XX века фотоэлементы планировалось использовать для энергообеспечения космических аппаратов, поэтому их старались сделать как можно более легкими. В наши дни солнечные батареи массово используются на Земле, поэтому они должны быть прочными и долговечными. Для этого слой кремния накрывают прозрачным стеклом, пропускающим ультрафиолет.

Другой важнейшей характеристикой солнечных батарей стала их эффективность — то есть количество солнечного света, упавшего на квадратный метр фотопанели и преобразованного в электричество.

Около десяти лет назад КПД фотоэлементов колебался около 13%, однако к 2019 году он возрос до примерно 20%.

Как увеличить предел эффективности кремниевых панелей?

Физическая природа кремния ограничивает теоретически возможную эффективность солнечных панелей значением в 29%. Но есть способы преодолеть это ограничение. Например, недавно исследователи из MIT доказали, что максимальный КПД кремниевых фотоэлементов можно повысить до 35%, дополнив конструкцию тонкими слоями тетрамицена и оксинитрида гафния. Они позволяют одному фотону выбивать сразу два электрона.

Другая возможность — использование новых материалов, например, перовскитов. Всего за несколько лет эффективность перовскитных солнечных элементов выросла с 10% до 20%. К сожалению, вне лаборатории результаты пока не такие впечатляющие, поскольку перовскит быстро теряет свои свойства под воздействием воды и других внешних факторов.

Как интегрировать энергию Солнца в энергосистему?

Главный недостаток Солнца в качестве источника энергии — его непостоянство. Ночью и в пасмурную погоду фотоэлементы становятся бесполезными. Естественный выход — объединение солнечных панелей с батареями для хранения энергии. Кроме того, использование солнечной энергии можно оптимизировать с помощью систем умного дома. Они могут, например, воспользоваться жарким днем, чтобы включить кондиционеры и охладить дом к приходу хозяина.

Солнечная энергия быстро вытесняет традиционные источники из энергосистем целых стран. Например, в Германии в минувшем июне Солнце стало главным источником электричества.

Источник: https://hightech.plus/2019/07/08/vazhneishee-izobretenie-chelovechestva-kak-ustroeni-solnechnie-batarei

Кто и когда изобрел солнечные батареи? Эволюция солнечных панелей

В наши дни солнечная энергия активно используется практически во всех отраслях. Но на вопрос, кто и когда изобрел солнечные батареи, чаще всего называют даты середины прошлого века.

Этот ответ неверен, поскольку история разработки устройств данного типа началась на 70-80 лет раньше.
Проблема преобразования солнечного излучения в электричество уже в те годы считалась чрезвычайно важной.

Ведь ее экономически выгодное решение – когда бы к нему не пришли – обещало дать человечеству доступ к источнику чистой и практически безграничной энергии.

Кто изобрел солнечные батареи?

Процесс преобразования энергии солнца в электрический ток был открыт еще в середине XIX века французским физиком Эдмоном Беккерелем.

Официально устройство на основе кремния, генерировавшее электроэнергию с помощью солнечного излучения, было запатентовано только в 1954 году. Вот имена тех, кто создал современные солнечные панели:

Дерилл Чапин;
Кэл Фуллер;
Гордон Пирсон.

Эти ученые разработали кремниевую батарею, которая по сей день является основой большинства современных моделей.

Путь к современным кремниевым батареям был таким:

Год	Ученый	Открытие
1873	Уиллоуби Смит	Обнаруживает чувствительность к ультрафиолету селена
1877	Адамс и Дэйтон	Исследуют суть явления, но не могут правильно описать физический процесс
1880	Чарльз Фриттс	Первый, кто изобрел солнечные панели на основе селена с золотым покрытием. КПД установки – 1%. Описать особенности взаимодействия селена и ультрафиолета физику также не удается.
1905	Альберт Эйнштейн	Попадает в список тех, кто придумал солнечные батареи, за первое научное физико-математическое описание фотоэлектрического эффекта. Впоследствии получает за это Нобелевскую премию.

КПД первого модуля был низким – из 100 % энергии, которую поглощала батарея, в электричество преобразовывалось всего 4%. И только через десятки лет эту цифру сумели повысить до 15%.

Электростанции башенного типа

Основную проблему солнечных электростанций (СЭС) – простой в темное время суток – смогли решить советские ученые, разработав СЭС башенного типа. Создателями проекта первой солнечной электростанции башенного типа стала команда ученых института «Атомтеплоэлектропроект» в Риге. По проекту была построена гелиостанция башенного типа в Щелкино. Комплекс удачно запустили, и он проработал до начала 90-х годов ХХ века.

В последнее десятилетие интерес к солнечным электростанциям такого типа вырос в несколько раз. Так, в 2011 году аналогичная станция была запущена в Испании, а в 2017 – в Китае и Марокко.

Кто производит солнечные панели? ТОП компаний мира

Солнечные панели являются главным элементом каждой солнечной электростанции. Они – самая дорогая составляющая комплекса, поэтому выбору данного компонента необходимо уделять особое внимание.
Возникает вопрос: Почему солнечные батареи такие дорогие? Давайте разберемся вместе.

Согласно мировой классификации, среди компаний, кто производит солнечные батареи, выделяют 3 условных группы:

1. К первой группе — уровню Tier 1 — относят компании с серьезными требованиями к продукции, хорошей репутацией и положительной историей работы. Компании имеют полностью автоматизированное производство и инвестируют значительные суммы в новые технологии. Именно их исследовательские команды часто становятся теми, кто открывает более совершенные материалы для производства солнечных батарей. Таковых на рынке – примерно 6%.

2. Компании уровня Tier 2 – уверенные и подающие надежду на переход к Tier 1 новички. Комплектующие производителей второй группы охватывают до 9% рынка солнечных батарей.

3. Панели Tier 3 занимают больше 85% рынка солнечной энергетики. Это наиболее дешевая продукция с довольно низким качеством. Достаточно часто в таких компаниях используется ручной труд и технологии (часто полученные не самым честным образом) других компаний отрасли.

Главным преимуществом панелей компаний Tier 3 является цена продукта – так, разрыв в стоимости солнечных батарей Tier 3 и Tier 1 может достигать 20%. Но это обманчивый показатель.

К первой десятке компаний Tier 1, по версии исследовательской организации Bloomberg NEF, относят:

JinkoSolar;
CanadianSolar;
GCL Systems;
Trina;
JA Solar;
FirstSolar;
Lerri/ Longi;
RisenEnergy;
Talesun;
Hanwha Q Cells.

Сфера использования солнечных батарей в современном мире

Область применения солнечных батарей достаточно обширная. Также активно используются промышленные солнечные электростанции и частные СЭС – от простого будильника с подзарядкой от солнца до спутников в космосе, которые полностью работают на солнечной радиации.

Примеры использования солнечных батарей:

Подзарядка аккумуляторов бытовой техники и электромобилей;
Снабжение электроэнергией зданий и населенных пунктов (батареи монтируются на крышах домов);
Создание гелиосамолетов, работающих на энергии солнца (уже разработан первый летательный прототип под названием SolarImpulse);
Покрытие панелями дорог (новшество вводят в Нидерландах, Франции и Китае);
Морские путешествия (Федор Конюхов совершил длительный заплыв на яхте, что полностью зависела от электроэнергии солнечных батарей);
Применение модулей в космонавтике;
Вживление фотоэлементов под кожу человека (необычный эксперимент уже провели в Китае; считается, что с помощью солнечной энергии можно будет заряжать кардиостимуляторы и прочие медицинские приборы).

Варианты экономически выгодных панелей сегодня

В Украине экономически выгодные станции с широким диапазоном использования предлагает компания Green Tech Trade. Основа ее систем – тонкопленочные панели на базе теллурида кадмия (TeCa). Преимущество такой основы – в способности эффективно преобразовывать в электричество лучи с большим углом падения и рассеянное излучение.

Источник: https://greentechtrade.com.ua/ru/kto-yzobrel-solnechnye-batarey/

Инновационный способ попасть в тюрьму

Эта история началась в апреле 2014 года – краснодарец Дмитрий Лопатин, несколько лет занятый разработкой уникальных солнечных батарей, заказал в Китае необходимое для работы вещество гамма-бутиролактон, которое является как растворителем, так и психотропным препаратом.

«Сотрудники почты склоняли к получению посылки»

Выпускник аспирантуры кафедры радиофизики и нанотехнологий Кубанского госуниверситета

Дмитрий Лопатин к 26 годам стал автором трех патентов, полуфиналистом и соавтором Зворыкинской премии, лауреатом премии «Энергия Молодости 2012» фонда «Глобальная энергия», которую принято считать отечественным аналогом Нобелевской премии.

В Омске и других городах России простились с десантниками, погибшими при обрушении здания казармы. Родственники выживших пытаются найти деньги, чтобы →

В копилке его достижений также победы на конкурсах Russia Power и «Энергия будущего». В 2013 году сразу четыре проекта краснодарского ученого вышли в полуфинал Зворыкинской премии. Среди его изобретений, например, беспроводная зарядка для мобильных, работающая по принципу Wi-Fi.

«Я занимаюсь разработкой солнечных батарей, которые можно печатать на устройстве, похожем на принтер. Грубо говоря, это фольга, на которую наносится слой вещества, собирающий солнечную энергию и преобразующий ее в электричество, — пояснил «Газете.Ru» изобретатель. — Соответственно, солнечная батарея может быть на любых поверхностях, не нужны массивные панели. Например, ее можно напечатать на металлопрофиле или черепице».

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Какое тело обладает кинетической энергией

По словам Лопатина, для разработки вещества он изначально использовал достаточно канцерогенный и токсичный растворитель, который решил для безопасности заменить.

«Меня пугали канцерогенные последствия, по сути, если бы мы продолжили работать с ним, то через 10–15 лет могли возникнуть сложности со здоровьем, развиться рак, — объясняет собеседник.

— По зарубежным публикациям нашел аналогичное вещество — гамма-бутиролактон. Оно менее канцерогенное, я купил его на специализированной интернет-площадке для заказа реактивов».

Краснодарец уточнил, что в Китае, где он купил гамма-бутиролактон, оно распространено в промышленных масштабах, и было крайне трудно найти небольшой объем.

Тверской суд Москвы рассмотрел просьбу следствия продлить арест девелоперу Сергею Полонскому, обвиняемому в мошенничестве. На процессе впервые после →

«Для пробы мне нужно было около десяти граммов, но почти везде оно продается литрами. Это все равно что вы попытаетесь купить чистый ацетон – меньше полулитра вряд ли найдете. В итоге заказал литр, покупка обошлась в сумму около 50 долларов», — продолжает Лопатин.

Посылка шла два месяца – на почту его пригласили в конце июня 2014 года. На тот момент ученый нашел способ, как уменьшить количество вещества примерно в десять раз, поэтому китайская посылка была ему не нужна.

«В странах ЕС ученый заказывает необходимый реагент и получает его на следующий день либо через пару дней. Если появляются вопросы, его можно оперативно проверить, — приводит пример 26-летний краснодарец.

— У нас же половину веществ приходится заказывать за рубежом и ждать посылки неделями. Есть площадки типа «Русхимбио», сделанной «Роснано», но там некоторых веществ также не найти. Когда позвонили из отделения почты, был занят другими делами, к тому же необходимость в посылке отпала, поэтому не спешил ее забирать. Мне постоянно звонили, жаловались, что, если буду затягивать с оформлением, их лишат премии. Примерно на шестой звонок согласился забрать, пошел в отделение в тот же день».

На месте Дмитрий написал заявление, а когда таможенный инспектор спросил – являются ли вещества наркотическими, честно ответил, что не знает. Посылку в руки так и не получил, спустя примерно 15 минут после прихода в отделение его задержали сотрудники Наркоконтроля.

«Получается, работники почты склоняли меня к действиям, чтобы я получил посылку, чтобы дать мне больший срок. Если бы в уведомлении было указано, что вещество запрещено для свободного оборота в России, я бы ее просто не получил», — уверяет Лопатин.

Прокуратура думает

Роспотребнадзор ополчился против косметики в кредит. Ведомство предлагает не покупать ряд брендов, в том числе Desheli, Aqua Mineral и Mon Platin, в →

17 июня Прикубанский районный суд Краснодара приговорил изобретателя к трем годам условно. Суд счел доказанным, что Лопатин покушался на незаконное приобретение психотропных веществ в крупном размере без цели сбыта. Гособвинение на процессе требовало для него одиннадцать лет колонии. После вынесения приговора прокуратура, сочтя его слишком мягким, обратилась в апелляцию с обжалованием.

Старший помощник прокурора Краснодарского края по взаимодействию со СМИ Антон Лопатин (однофамилец ученого) пояснил «Газете.Ru»: приговор ученому обжалует прокуратура Прикубанского округа Краснодара, но апелляционный отдел краевой прокуратуры, представитель которого будет участвовать в процессе, своей позиции еще не сформулировал.

«Нужно понимать, что есть нижестоящая прокуратура округа, которая выступила с обжалованием. В рассмотрении дела в Краснодарском краевом суде будет участвовать представитель краевой прокуратуры, который может его позицию не поддержать.

Кроме того, УПК предусматривает возможность отозвать обжалование до начала рассмотрения дела судом, — прокомментировал Антон Лопатин. — На сегодняшний день говорить о том, что краевая прокуратура требует ужесточить наказание, неверно.

Прокуратура Краснодарского края, которая будет представлять гособвинение на процессе, своего мнения еще не сформулировала».

Источник: https://www.gazeta.ru/social/2015/07/15/7640341.shtml

Кто обуздал энергию солнца и придумал солнечные батареи

Отцом солнечных батарей является Михаил Эдмонд Беккерель. Именно он открыл базовый принцип – фотогальванический эффект. Этот термин означает трансформацию энергии Солнца в электричество. Но стоит помнить и о величайшем физике Архимеде, которого можно назвать прапрадедушкой открытия.

Кому мир обязан полезным изобретением

Архимед первым по-настоящему осознал и научился использовать энергию солнца. С помощью системы зеркал он сжег целую флотилию вражеских кораблей, которые осаждали его город Сиракузы.

Французский ученый А. Э. Беккерель в 1839 г. открыл фотоэффект, благодаря экспериментам с электродами и электролитом.

В 1873 Уиллоуби Смит обнаружил чувствительность селена к свету. И открыл фотоэлектрический эффект с КПД 1%. Это значило, что лишь один процент солнечного света был преобразован в электричество.

Свой вклад внес и великий ученый Альберт Эйнштейн. За теорию фотоэффекта он был награжден Нобелевской премией в 1921 году.

Следующим этапом прогресса стало открытие ученых из Америки в 1954 г. Три компании Bell Laboratories Дэрил Чапин, Г.Пирсон и К.С.Фуллер заявили о создании первой солнечной батареи на основе кремния. Они добились КПД 4%, а немного позже довели до 6%.

Эволюция солнечных батарей

Как раз в то время велись активные космические исследования. И всего спустя 4 года солнечные панели впервые начали использовать в космических спутниках. 17 марта 1958 в США был запущен первый спутник на базе солнечных аккумуляторов «Авангард-1», а немного позже 15 мая в СССР – «Спутник-3».

Приборы продолжали совершенствовать. В 70-х удалось добиться КПД в 10%. Но они все еще не годились для использования на Земле из-за сложностей в производстве и дороговизны (цена 1 кг кремния была около $100).

Читай также: Первый телефон в мире изобрел в 1860 году иммигрант из Италии

Мир уже осознавал огромный потенциал солнечных АКБ и активные исследования продолжались. Так, в 1985 году КПД кремниевой батареи стал 20-22%.

Стабильное и успешное массовое производство солнечных аккумуляторов удалось наладить только в конце 80-х. И спустя около 10 лет группа ученых из США добилась существенного увеличения эффективности батарей. Был создан особый тип, который характеризовался простотой в производстве, небольшой себестоимостью материалов и экономностью.

Именно в 1989 году мир увидел солнечную батарею на тандемных фотоэлектрических преобразователях, КПД которых было более 30%.

Первая в своем роде масштабная промышленная электростанция была возведена в 1985 г. при СССР в Крыму. Это была, СЭС-5 с пиковой мощностью 5МВт. Для понимания, 5 МВт мощности имел первый ядерный реактор. К сожалению, из-за высокой цены вырабатываемого электричества в середине 90-х ее закрыли.

Конец 1989 года ознаменовался в США открытием 80 МВт солнечной станции от Loose Industries. И в течении следующих 5 лет эта же компания запустила еще несколько подобных СЭС суммарной мощностью на 480 МВт.

Масштабные правительственные программы

1990 год – Германия запускает программу «1000 Солнечных крыш».
1994 год – Япония активно внедряет кампанию «70000 Солнечных крыш».
Компания Spectrolab в 2009 году демонстрирует фотоэлемент со способностью преобразовывать энергию Солнца в электричество на 41,6%.
В 2011 году компания из Калифорнии Solar Junction сумела достичь КПД 43,5%.
Корпорация Sharp в 2013 году создает фотоэлемент, состоящий из 3-х слоев, на сложной химической базе с 44,4% КПД. А в 2014 Институте им. Фраунгофера создали солнечные батареи с КПД 46%.
В 2014 году введена в эксплуатацию самая большая на Земле электрическая станция от Солнца – Ivanpah Solar Electric Generating System. Ее площадь 14,24 кв. км, а мощность – 392 МВт. Этого хватит что бы обеспечить больше 140.000 объектов в Калифорнии.

Читай также: История клейкой ленты – кто и когда изобрел скотч

Интересно, что одним из трех совладельцев этой электростанции является компания Google.

Применение в быту и науке

Солнечные батареи используют:

В электронике. Мобильные телефоны, плееры, фонарики, зарядные устройства PowerBank, калькуляторы, ноутбуки.
Машиностроение. Электромобили со встроенными аккумуляторами от Солнца на крышах.
Авиация. Одна из разработок, проект из Швейцарии по созданию самолета, работающего исключительно на энергии солнца – Solar Impulse.

Обеспечение зданий. В этом случае панели устанавливаются на крышах заводов или жилых домов. Преимущественно в Южной части США, Саудовской Аравии, Израиле, Испании, Индии и прочих.
В медицине. Ученные из Южной Кореи изобрели подкожную батарею. Супермаленькую батарею могут вживлять под кожу для постоянной работы разных приборов в теле человека. Эта батарея в 15 тоньше волоса человека и площадью около 0,07 кв. см.

Человечество постепенно переходит на использование экологически чистой энергии. И сегодня уже есть проекты в разработке по строительству электростанций, работающих от Солнца, за пределами земной атмосферы.

А вы знаете, какой металл самый дорогой в мире и кто придумал первый сейсмограф?

(1 4,00 из 5)

Источник: https://fanfact.ru/kto-obuzdal-energiyu-solnca-i-pridumal-solnechnye-batarei/

Кто придумал солнечные батареи?

: 4 / 5

25.09.2015

Электричество давно стало привычным и без него уже сложно представить нашу жизнь. Ведь это не только обычный свет в нашем доме, но и «двигатель» всего прогресса. А в перспективе цивилизация перейдет на электричество от солнечных батарей. Кто первым догадался, как преобразовать солнечный свет в электрический?

Забытое гениальное изобретение

В справочниках по электричеству говорится о том, что первые в мире солнечные батареи появились в 1954 году. Именно тогда ученые Дерилл Чапин, Кэл Фуллер и Гордон Пирсон создали солнечную батарею на основе кремния.

Коэффициент полезного действия у батареи был крайне низким. Он равнялся лишь четырем процентам. То есть из 100 процентов падающего на кремниевую подложку солнечного света в электричество преобразовывалось только четыре процента.

Спустя десятилетия этот показатель удалось довести до пятнадцати процентов.

Но мало кто знает, что намного раньше (в 1880 году) американский ученый Чарльз Фриттс изобрел селеновую солнечную батарею.

Его идея заключалась в том, что он покрывал селен тонким слоем золота и разница этих двух химических элементов позволяла превращать солнечный свет в электричество. Правда, с ничтожным КПД в один процент.

Но важно то, что изобретение было сделано в области, где никто прежде никаких практических идей не проявлял. К сожалению, открытие Чарльза потом было просто забыто и идею пришлось «открывать» заново.

Интересно то, что к солнечным батареям имел отношение и знаменитый Альберт Эйнштейн. Он в 1905 году научно объяснил суть фотоэффекта. Но еще раньше, на подступах к этому объяснению находились другие ученые и практики.

В частности, Уиллоуби Смит в 1873 году заметил чувствительность селена к солнечному свету, но не смог правильно сформулировать природу явления. В 1877 году ученые Адамс и Дэй тоже столкнулись с этой особенностью селена, но тоже не вышли на верный путь объяснения эффекта.

Чарльз Фриттс тоже не все понял, но зато сумел практически использовать селен в направлении хозяйственных потребностей цивилизации. Но низкий КПД солнечной батареи не позволил в то время применять ее и о его изобретении вскоре надолго забыли.

В разных странах приоритет в изобретении солнечных батарей отдается «своим» ученым. Некоторые основания для этого есть, поскольку после Второй мировой войны проблемой нехватки элек тричества занимались многие научные центры, обращая свое внимание на использование солнечной энергетики. Но справедливости ради все же нужно говорить о том, что первую солнечную батарею сделал Чарльз Фриттс.

Современные солнечные батареи

Перечень сфер, где применяются солнечные батареи, нынче довольно обширен. На все сто процентов от них зависит космонавтика. Любой спутник на орбите и в дальнем космосе использует электричество от солнечных батарей.

Никого уже не удивить калькулятором или наручными часами с солнечной подзарядкой. Выпускаются также другие электронные ус тройства с питанием от Солнца. В средствах массовой информации появилось не столь давно сообщение на тот счет, чо в скором времени потребители получат компьютер планшетного типа с питанием от солнечной панели.

В авиации тоже применяются солнечные батареи. Создан уже гелиосамолет, на котором совершен межконтинентальный перелет. Стоит еще сказать, что российский путешественник с мировым именем Федор Конюхов совершил длительное плавание на яхте, где все потребности в электричестве покрывались за счет использования солнечных батарей.

В строительстве тоже широко используются солнечные панели на крышах. В США за счет их полностью автномны многие населенныен пункты. В ряде стран эффективно работают гелдиостанции. Причем, довольно мощные. В России такая гелиостьанция действует в Крыму.

Конечно же, перечень на этом не кончается. Изобретеные новые материалы позволяют сворачивать солнечные батареи в компактный для переноски или перевозки рулон. При этом стоимость таких батарей значительно снижена по сравнению с началом текущего века.

КПД же их удалось поднять до тридцати процентов. Ученые уверены, что перспектива цивилизации связана с солнечными батареями.

Подсчитано, что если накрыть десять процентов пустыни Сахары солнечными панелями, то на Земле перестанут нужны атомные электростанции, которые крайне опасны в случае аварии.

Источник: http://italife.ru/obo-vsem/431-kto-pridumal-solnechnye-batarei

Кто изобрел солнечные батареи

Кто придумал солнечные батареи?

: 4 / 5

25.09.2015