Как работают прозрачные солнечные панели. Каковы преимущества прозрачных солнечных батарей. Где их можно применять. Какие технологии используются для создания прозрачных солнечных элементов. Насколько эффективны прозрачные солнечные панели по сравнению с обычными. Как прозрачные солнечные батареи могут изменить архитектуру и энергетику будущего.
Принцип работы прозрачных солнечных батарей
Прозрачные солнечные батареи представляют собой инновационную технологию, позволяющую преобразовывать солнечную энергию в электричество, оставаясь при этом визуально прозрачными. Как же это работает? Ключевым компонентом таких батарей являются специальные полупроводниковые материалы, которые поглощают ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, пропуская видимый свет. Это позволяет генерировать электроэнергию, не затемняя поверхность.
Одной из перспективных разработок в этой области стала технология, предложенная учеными из Университета Тохоку в Японии. Они создали прозрачный солнечный элемент на основе оксида индия-олова (ITO) и дисульфида вольфрама (WS2). Благодаря тщательно подобранной комбинации материалов и толщине слоев, удалось добиться высокой прозрачности (79%) при значительном повышении эффективности преобразования света в электроэнергию.
Преимущества прозрачных солнечных панелей
Прозрачные солнечные батареи обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционными непрозрачными панелями:
- Возможность интеграции в окна, витрины и другие прозрачные архитектурные элементы без ущерба для их основной функции
- Экономия пространства за счет использования уже имеющихся поверхностей
- Улучшение энергоэффективности зданий без изменения их внешнего вида
- Снижение затрат на отопление и кондиционирование благодаря теплоизоляционным свойствам
- Возможность применения в электронных устройствах с дисплеями
Эти преимущества открывают широкие перспективы для применения прозрачных солнечных батарей в различных сферах.
Области применения прозрачных солнечных элементов
Где могут использоваться прозрачные солнечные панели? Спектр возможных применений весьма широк:
- Строительство и архитектура:
- Окна высотных зданий
- Стеклянные фасады
- Атриумы и зимние сады
- Теплицы
- Транспорт:
- Люки автомобилей
- Окна поездов и автобусов
- Иллюминаторы самолетов
- Электроника:
- Смартфоны и планшеты
- Ноутбуки
- Умные часы
- Городская инфраструктура:
- Автобусные остановки
- Уличные фонари
- Информационные табло
Такое разнообразие применений делает прозрачные солнечные батареи перспективной технологией для широкого внедрения возобновляемых источников энергии в повседневную жизнь.
Технологии создания прозрачных солнечных панелей
Существует несколько подходов к созданию прозрачных солнечных элементов:
1. Органические солнечные элементы
Основаны на использовании органических полупроводников, способных поглощать ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Преимущества: гибкость, легкость, возможность настройки цвета. Недостатки: относительно низкая эффективность и недолговечность.
2. Перовскитные солнечные элементы
Используют перовскиты — класс материалов с особой кристаллической структурой. Преимущества: высокая эффективность, простота производства. Недостатки: нестабильность, содержание токсичного свинца.
3. Квантово-точечные солнечные элементы
Основаны на использовании наноразмерных полупроводниковых частиц — квантовых точек. Преимущества: настраиваемые оптические свойства, потенциально высокая эффективность. Недостатки: сложность производства, высокая стоимость.
4. Тонкопленочные технологии
Используют тонкие слои полупроводниковых материалов, нанесенные на прозрачную подложку. Преимущества: хорошая прозрачность, возможность массового производства. Недостатки: ограниченная эффективность.
Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и недостатки, и исследователи продолжают работать над их совершенствованием.
Эффективность прозрачных солнечных батарей
Эффективность прозрачных солнечных батарей — ключевой параметр, определяющий их практическую применимость. Как же они соотносятся с традиционными непрозрачными панелями?
На данный момент эффективность большинства прозрачных солнечных элементов значительно ниже, чем у стандартных кремниевых панелей. Типичные значения находятся в диапазоне 1-5%, в то время как лучшие коммерческие кремниевые панели достигают эффективности 20-22%.
Однако прогресс в этой области идет быстрыми темпами. Например, упомянутая ранее разработка ученых из Университета Тохоку позволила повысить эффективность прозрачных элементов более чем в 1000 раз по сравнению с предыдущими аналогами. Хотя точные цифры не приводятся, это существенный шаг вперед.
Важно отметить, что прямое сравнение эффективности прозрачных и непрозрачных панелей не всегда корректно. Прозрачные элементы могут использоваться на гораздо большей площади (например, на всех окнах здания), что компенсирует их меньшую эффективность. Кроме того, они обеспечивают дополнительные преимущества, такие как естественное освещение и теплоизоляция.
Перспективы развития прозрачных солнечных технологий
Каковы перспективы развития прозрачных солнечных батарей? Эксперты прогнозируют значительный прогресс в этой области в ближайшие годы:
- Повышение эффективности: Ожидается, что эффективность прозрачных солнечных элементов может достичь 10-15% в течение следующего десятилетия.
- Снижение стоимости: По мере развития технологий и масштабирования производства, стоимость прозрачных солнечных панелей будет снижаться, делая их более доступными.
- Улучшение долговечности: Новые материалы и методы защиты позволят увеличить срок службы прозрачных солнечных элементов.
- Расширение цветовой гаммы: Разработка технологий, позволяющих создавать прозрачные солнечные панели различных оттенков, расширит возможности их архитектурного применения.
- Интеграция с умными технологиями: Прозрачные солнечные элементы могут стать частью систем умного дома и умного города, обеспечивая не только энергоснабжение, но и сбор данных о окружающей среде.
Эти тенденции указывают на то, что прозрачные солнечные батареи имеют потенциал стать важной частью энергетической системы будущего.
Влияние прозрачных солнечных панелей на архитектуру и градостроительство
Внедрение прозрачных солнечных батарей может существенно повлиять на архитектуру и градостроительство. Как эта технология может изменить облик наших городов?
- Энергоэффективные небоскребы: Высотные здания со стеклянными фасадами смогут генерировать значительную часть необходимой им энергии, не жертвуя эстетикой.
- Зеленые зоны нового типа: Теплицы и зимние сады, оснащенные прозрачными солнечными панелями, станут не только местами отдыха, но и источниками энергии.
- Умные окна: Окна жилых домов смогут динамически регулировать свою прозрачность и теплопропускание, одновременно генерируя электроэнергию.
- Самодостаточная городская инфраструктура: Автобусные остановки, уличные фонари и информационные табло смогут работать автономно, используя энергию солнца.
- Новые архитектурные решения: Возможность интеграции солнечных элементов в прозрачные конструкции откроет новые горизонты для архитекторов и дизайнеров.
Таким образом, прозрачные солнечные батареи могут стать ключевым элементом в создании устойчивых и энергоэффективных городов будущего.
В заключение можно сказать, что прозрачные солнечные батареи представляют собой многообещающую технологию, способную революционизировать как производство солнечной энергии, так и архитектуру. Несмотря на текущие ограничения в эффективности, активные исследования и разработки в этой области позволяют надеяться на значительный прогресс в ближайшем будущем. Интеграция прозрачных солнечных элементов в повседневную жизнь может стать важным шагом на пути к более устойчивому и энергоэффективному миру.
3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Учёные создали прозрачную солнечную пане… 24.01.2021 [18:47], Константин Ходаковский Немалая часть человечества пытается идти по пути замещения невозобновляемых источников энергии возобновляемыми. Корейские учёные из Инчхонского национального университета сделали небольшой шаг на этом пути — они создали первый, по их словам, полностью прозрачный солнечный элемент. Sciencemint В новом исследовании профессор Джундонг Ким (Joondong Kim) описывает новаторский метод, касающийся слоя гетероперехода солнечной ячейки. Согласно исследованию, благодаря комбинации полупроводников из оксида никеля и диоксида титана был создан эффективный и полностью прозрачный солнечный элемент. Диоксид титана (TiO2), являющийся эффективным полупроводником, в настоящее время используется в технологии солнечных батарей. Он эффективен, нетоксичен и экологически чист, а также в изобилии имеется на Земле. Оксид никеля (NiO), с другой стороны, также является полупроводником с высокими характеристиками оптической прозрачности. Сочетание этих двух элементов позволяет создавать прозрачные солнечные панели, которые являются при этом экологичными и простыми в использовании. ScienceDirect На солнечную энергию (наряду с ветром и водой) неизменно возлагаются самые большие надежды в деле перехода на возобновляемые источники энергии. Поэтому многие учёные трудятся в этой области. За последние годы солнечная энергия стала более доступной и экологически чистой, растёт и коэффициент преобразования ультрафиолетового излучения в электричество. Однако современные солнечные элементы ограничены возможностью их повседневного использования из-за непрозрачности. Солнечные панели можно увидеть только на крышах, в удалённых районах и в местах, скрытых от глаз общественности. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1030893/uchyonie-sozdali-prozrachnuyu-solnechnuyu-panel-kotoruyu-mogno-integrirovat-v-smartfon Рубрики: Новости Hardware, на острие науки, окружающая среда, Теги: солнечная энергия, солнечные батареи, солнечная ячейка, смартфон, наука ← В прошлое В будущее → |
Джундонг Ким возлагает большие надежды на своё исследование — по словам учёного, уникальные свойства прозрачных фотоэлектрических элементов открывают для них широкий спектр применений. Полностью прозрачные панели в будущем удастся использовать в окнах зданий и даже в мобильных телефонах. Впрочем, о коммерциализации говорить рано, поскольку эффективность преобразования энергии исследуемых панелей составила 2,1 %.Прозрачные солнечные батареи без потери эффективности
2410
Добавить в закладки
С помощью способа, что обнаружили физики Университета ИТМО, удалось повысить функциональность и КПД органического солнечного элемента на основе малых молекул.
Создание прозрачных тонкопленочных фотоактивных материалов – одна из самых интересных задач в солнечной энергетике. Подобную пленку можно наклеить на обычное окно и получить из него генератор энергии без ущерба для внешнего облика здания. Однако для массового применения надо решить ряд проблем.
«У обычных тонкопленочных солнечных батарей есть непрозрачный
металлический задний контакт, который позволяет дополнительно
захватить больше света в структуре. В прозрачных солнечных
элементах используют светопропускающий задний электрод. В этом
случае часть фотонов неизбежно теряется на пропускание, поэтому и
КПД у них намного ниже. Кроме того, есть сложности с
изготовлением заднего электрода с необходимыми характеристиками.
Это дорого», — отмечает научный сотрудник Нового Физтеха
ИТМО Павел Ворошилов.
Повысить эффективность солнечных батарей можно с помощью легирования. Это процедура, в ходе которой к материалу добавляют определенные примеси, которые должны улучшить его свойства. По словам Павла Ворошилова, чтобы примеси правильно «прилипли» к нужному материалу, требуются сложные подходы и дорогое оборудование. Исследователи предложили более доступную технологию создания «невидимых» солнечных панелей — легирование материалов с помощью ионной жидкости, меняющей характеристики обработанного слоя.
Сотрудники Нового физтеха предложили применить этот способ к органическим солнечным элементам. Для своих исследований они взяли солнечный элемент на основе малых молекул, в конструкции которого заменили непрозрачный металлический электрод многостенными углеродными нанотрубками и существенно увеличили толщину транспортного слоя из фуллерена.
«Одно из его преимуществ ― как раз возможность получать
прозрачные фотовольтаические панели для умных стекол ― настолько
прозрачные, что вы даже не заметите невооруженным взглядом, есть
они на стекле или нет.
Все дело в том, что видимый свет они
почти не поглощают, работая только в ближнем инфракрасном
спектре. Но при желании за счет изменения толщины слоя или
химического состава можно менять их цвет, делать, к примеру, его
приятно голубым или оранжевым. Чтобы не потерять прозрачность
структуры, мы используем нанотрубки в качестве токособирающего
электрода, которые легко наносятся на поверхность», — говорит
Павел Ворошилов
В результате исследования, ученым удалось поднять эффективность батарей в несколько раз. Ученые полагают, что таким же образом можно повысить характеристики других материалов, которые изначально показывают более высокую производительность.
Разместил Григорий Яшин
Автор Теона Бурдиашвили
ИТМО Солнечные батареи легирование нанотрубки
Источник: news.itmo.ru
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
Ученые разработали биоразлагаемые нетканые материалы для ускоренного заживления ран
14:00 / Медицина, Химия
Самая рождественская сказка. Эрнст Теодор Амадей Гофман, «Щелкунчик»
13:00 / Досуг, Персона, Чтение
Похолодание на 10 тысяч лет «изгнало» неандертальцев с Северо-Западного Кавказа
12:00 / Археология, Климат
«Уродилась Коляда накануне Рождества». Лекция главного научного сотрудника Российского этнографического музея Изабеллы Шангиной
10:30 / История, Этнография
Нитрид бора очистит сточные воды от антибиотиков
14:00 / Химия
Ученые Пермского Политеха изучили стабильность «основы» для потенциального анальгетика
12:00 / Химия
Праздник на орбите
10:30 / Космонавтика, Наука и общество
Казанские ученые первыми в России вырастили кристалл LiGdF4 с заданными магнитными свойствами
14:00 / Физика
Тяжелые металлы и органические загрязнители активировали почвенную плесень
12:00 / Биология
Как в СССР заново создавали Новый год? Лекция кандидата исторических наук Марьяны Архиповой
10:30 / История, Наука и общество, Этнография
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
История новогодних праздников
01.08.2014
Смотреть все
Прозрачные солнечные панели вскоре могут превратить окна в сборщики энергии
Скрытие прозрачных солнечных панелей на виду может значительно ускорить внедрение солнечной энергии.
Солнечные панели изменили то, как мы производим и потребляем электроэнергию. Размещая их на полях, стенах и крышах, отдельные домохозяйства и предприятия теперь могут генерировать собственную электроэнергию по относительно низким ценам или даже продавать ее близлежащим электросетям, когда их предложение превышает их потребление.
Задача: Солнечная энергия, вероятно, будет играть все более важную роль в сокращении глобальных выбросов парниковых газов, поскольку инновации продолжают повышать эффективность технологии.
Один из способов, которым солнечная энергия может вскоре стать более широко используемой, — это интегрировать солнечные панели в более широкий спектр обычных материалов и технологий, не создавая неудобств для тех способов, которыми мы сегодня пользуемся этими вещами.
Ученые-материаловеды недавно исследовали, как сделать так, чтобы солнечные панели сливались с окружающей средой, делая их более прозрачными. Если это удастся, устройства для сбора энергии можно будет незаметно размещать поверх окон, экранов дисплеев или даже человеческой кожи, что еще больше расширит возможности технологии.
Используя уникальные свойства передовых твердых материалов, инженеры добились прогресса в создании прозрачных солнечных панелей. Но на данный момент даже новейшие конструкции пропускают менее 70% входящего света — этого недостаточно для того, чтобы устройства сливались с окружающей средой.
Новый дизайн: Группа исследователей из Японии предприняла многообещающие шаги для решения этой проблемы прозрачности.
Во главе с Тошиаки Като из Университета Тохоку команда новаторского дизайна работает, используя сложные взаимодействия между ультратонкими материалами.
Новая установка основана на проводящем материале, называемом оксидом индия-олова (ITO), который одновременно прозрачен и бесцветен. Чтобы изготовить свой солнечный элемент, команда Като подвергла электрод ITO воздействию паров дисульфида вольфрама (WS 2 ). При правильных условиях пар осаждал слой WS 2 толщиной в атом на поверхность ITO, которая действует как полупроводник.
Путем покрытия ITO тщательно подобранными тонкими металлами и помещения изолирующего слоя между ITO и WS 2 исследователи могли точно контролировать «контактный барьер» между двумя материалами. Этот барьер описывает энергию, которую необходимо получить электронам, чтобы перейти из одного материала в другой.
В этом случае электроны в слое WS 2 пересекают контактный барьер, поглощая поступающие фотоны, и прыгают между двумя «энергетическими зонами» полупроводника, превращая материал из изолятора в проводник.
При этом электрон оставляет положительно заряженную «дырку» в полупроводнике, прежде чем перейти к проводящему ITO-электроду. Это создает напряжение между обоими носителями заряда, позволяя собирать электрическую энергию с солнечной панели.
Эффективность и прозрачность: Благодаря своему производственному подходу команда Като значительно увеличила высоту контактного барьера по сравнению с предыдущими разработками. Это значительно увеличило напряжение между электронами в ITO и дырками, которые они оставили в полупроводнике.
В свою очередь, их изменение сделало устройство более чем в 1000 раз более эффективным в преобразовании входящего света в электрическую энергию, чем существующие солнечные элементы на основе ITO. Тем не менее, выбор материалов командой был гораздо более прозрачным, чем в предыдущих проектах: он позволял примерно 79% входящего света, проходящего через него.
После этой демонстрации Като и его коллеги исследовали, как их солнечный элемент можно изготовить в больших масштабах, сохранив при этом его высокую эффективность.
В предыдущих солнечных элементах на основе ITO увеличение площади поверхности материала приводило к падению напряжения между электронно-дырочными парами, которые он генерировал. Это снизило его способность преобразовывать свет в электричество. Но, тщательно изменив расположение электрических соединений в своей конструкции, исследователи показали, что высокие характеристики могут поддерживаться в солнечных элементах размером до 1 см 9 .0045 2 в районе.
Прозрачные солнечные элементы: Эта новая технология, которая уже продемонстрировала такой резкий скачок прозрачности и эффективности по сравнению с предыдущими конструкциями, может стать важным шагом вперед в усилиях по интеграции солнечных панелей в более широкий спектр существующих технологий, скрывая их. на виду, по сути.
Если материал станет более доступным в будущем, команда Като считает, что однажды он позволит разнообразным электронным устройствам собирать обильную энергию Солнца без необходимости подключать их к внешней сети или источнику питания.
Будем рады услышать от вас! Если у вас есть комментарий к этой статье или у вас есть совет для будущей истории Freethink, напишите нам по телефону [email protected] .
Ведущий мировой производитель солнечного (PV) стекла для строительства
Onyx Solar — ведущий мировой производитель прозрачного фотоэлектрического (PV) стекла для зданий. Onyx Solar использует фотоэлектрическое стекло в качестве материала для строительства, а также в качестве материала для выработки электроэнергии с целью захвата солнечного света и превращения его в электричество. Стекла изготовлены из слоев термообработанного безопасного стекла, которое может обеспечить такую же тепло- и звукоизоляцию, как и обычное архитектурное стекло, не говоря уже о том, что оно также пропускает естественный свет так же, как и обычное стекло. стеклянные панели могут быть установлены вместо обычного стекла на фасадах зданий, навесных стенах, атриумах, навесах и полах террас, среди других архитектурных применений.
с эстетической и энергетической точки зрения.
Обеспечивая такую же теплоизоляцию, как и обычное стекло, а также способность генерировать бесплатную чистую электроэнергию от солнца, оно позволяет зданиям значительно повысить свою энергоэффективность, снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, а также уменьшить свой углеродный след. . Onyx Solar предлагает индивидуальные решения для существующих зданий, устанавливая облицовку из фотоэлектрических стекол, которые полностью или частично покрывают их крыши и фасады.
Мы также являемся разработчиками первого в мире фотогальванического покрытия из фотоэлектрического стекла, которое укладывается на полы террас, тротуары и другие наружные поверхности.
Компания, имеющая офисы в Испании, США и Китае, была основана в 2009 году и с тех пор реализовала более 350 проектов в 50 странах мира. Текущая годовая производственная мощность на нашем заводе составляет 2 миллиона квадратных футов.
Мы соблюдаем все международные стандарты качества и безопасности. Производственный процесс и материалы Onyx Solar были успешно проверены независимыми сертификационными ассоциациями. Для получения более подробной информации о сертификатах перейдите в раздел Сертификаты на сайте.
За последние годы компания Onyx Solar получила 75 международных наград.
САМОЕ ИННОВАЦИОННОЕ СТЕКЛО В МИРЕ.
Этот материал может производить бесплатную и чистую электроэнергию благодаря солнцу, превращая здания в вертикальные генераторы энергии. Мы можем легко адаптировать наши PV-стекла к потребностям наших клиентов, позволяя выбирать их форму, цвет, размер, толщину и степень прозрачности стекла, тем самым облегчая его интеграцию в широкий спектр проектов и дизайнов.
Благодаря теплоизоляционным свойствам фотоэлектрического стекла потребности зданий в энергии могут быть значительно снижены, что приводит к существенной экономии на счетах за электроэнергию и оборудовании ОВКВ.
Наше фотоэлектрическое стекло уже установлено в самых разных зданиях более чем в 350 проектах по всей планете, от правительственных зданий до железнодорожных вокзалов и автобусных остановок.
Ведущие мировые компании и учреждения, такие как Apple Inc, Novartis Pharmaceuticals, Samsung, Coca-Cola, Heineken, Pfizer, G.W University и многие другие, возглавили внедрение фотогальванического стекла в свои отрасли.
Мы оказывали помощь в проектировании известным архитектурным фирмам, таким как Foster + Partners, Gensler, Perkins + Will, S.O.M, A.S + G.G и другим. Onyx Solar также участвовала в совместных предприятиях с такими генеральными подрядчиками, как Turner, Skanska, Jacobs, KPRS, ACS и Ferrovial.
СЕРТИФИКАТ КАЧЕСТВА
Безопасность и качество всегда на первом месте. Onyx Solar стремится поставлять только высококачественную продукцию, которая соответствует международным стандартам, нормам и правилам безопасности.
