Блог

Що таке прозора сонячна панель?. Принцип роботи та теорія

Існує два типи енергетичних ресурсів. невідновлювані та відновлювані.поновлювані. Невідновлювані. це означає, що ці джерела зникнуть зі світу через певну кількість років, тому що вони обмежені і не нескінченні.

Відновлювані джерела енергії означають, що ці джерела не вичерпаються, оскільки вони нескінченні і не можуть вичерпатися.

Існує багато відновлюваних джерел енергії, і в цій статті ми розглянемо один з них. сонячну енергію.

Сонце. найбільше джерело енергії у світі. Отже, сонячні панелі встановлюються на терасах будівель або відкритих майданчиках, де на них сильно потрапляють сонячні промені.

У ньому використовуються сонячні батареї, які заряджаються при отриманні сонячної енергії, а вироблена таким чином електроенергія використовується для побутових та промислових цілей.

Сонячна енергія є одним з найбільш широко використовуваних джерел енергії в більшості країн і швидко витісняє інші невідновлювані джерела енергії.

Однією з революційних технологій, над якою ми працюємо сьогодні, є прозора сонячна панель. Це абсолютно нова технологія виробництва електроенергії з сонячної енергії.

У цій публікації ми зрозуміємо концепцію прозорої сонячної панелі.

Що таке прозора сонячна панель?

Традиційно для перетворення сонячної енергії використовуються звичайні сонячні батареї (сонячні фотоелектричні панелі). Але прозорі сонячні панелі використовують звичайне скло в якості панелі. В основному, оскільки скло є прозорим, його покривають спеціальними матеріалами, щоб змусити його піддаватися фотоелектричному ефекту.

Завдяки цьому скло залишається прозорим, а також перетворює сонячну енергію в електричну. Отже, ви можете собі уявити, що кожне скло, від віконної шибки до автомобільного скла, може бути використано як сонячна батарея.

Отже, для встановлення сонячних панелей не потрібна додаткова земельна ділянка або дах. Якщо ви просто зведете будівлю з вікнами, виготовленими з такого типу скла, то вона буде автоматично генерувати електроенергію. Таким чином, ви можете буквально перетворити будь-який скляний лист або вікно на фотоелектричну комірку.

Все світло складається з електромагнітного випромінювання, що охоплює спектр довжин хвиль, кожна з яких містить енергію, яка потенційно може бути зібрана сонячним елементом. Але людське око може виявити лише певну частину довжини хвилі (видиме світло).

Отже, ця панель складається зі спеціального сольового покриття, яке може вловлювати лише невидиме (ультрафіолетове або інфрачервоне) світло і блокувати звичайне видиме світло. Таким чином, він перетворить невидиме сонячне світло в електрику.

Як працює сонячна енергія?

Давайте спочатку детально розглянемо принцип її роботи. Зверніться до наведеного нижче зображення, що показує основну структуру сонячної панелі.

Це основні компоненти всієї панелі. рама, скло, передня клейка плівка, сонячні елементи, задня клейка плівка, задній лист і з’єднувальна коробка.

Основним компонентом тут є сонячний елемент. Її також називають фотоелектричним елементом. Він генерує електроенергію, коли сонячна енергія потрапляє на нього; це називається фотоелектричним ефектом. Цієї однієї комірки недостатньо для створення великої потужності.

Отже, кілька елементів використовуються разом, щоб сформувати одну панель; як показано на малюнку, виділені як сонячні елементи. Додаткові шари скла та клею слугують захистом для сонячних елементів.

Сонячні елементи виготовляються з кремнію. Це, по суті, напівпровідник, який є причиною генерації електроенергії. Сонячний елемент складається з двох таких кремнієвих шарів.

Один з них є позитивно зарядженим шаром, який називається шаром p-типу, а інший. негативно зарядженим шаром, який називається шаром n-типу. Шар n-типу може віддавати електрони, і саме цей шар звернений до світла.

Шар p-типу може приймати електрони, і оскільки вони отримують додаткові електрони, області, створені для таких електронів, називаються дірками. Шар p-типу розміщений під шаром n-типу.

Сонячне світло має елементи, які називаються фотонами. Коли сонячне світло потрапляє на n-шар через скло і клей, як обговорювалося раніше, вільні електрони вивільняються з цього шару і переносяться в p-шар у вигляді дірок.

Це створює потік електронів між цими двома шарами, і опосередковано генерується струм. Цей струм надходить до розподільчої коробки, а звідти ми отримуємо кінцевий вихідний струм.

Як працює прозора сонячна панель?

Тепер перейдемо до нашої основної теми прозорої сонячної панелі. Зверніться до наведеного нижче малюнка.

Перший компонент. це скло або інший матеріал підкладки, на який наноситься покриття. Після цього, подібно до базових сонячних панелей, з’являється напівпровідниковий шар, який вловлює світло і перетворює його в електричну енергію.

Ланцюг, підключений до неї після цього шару, використовується для передачі електроенергії вперед. Оскільки електроди також прозорі, можна додати ще один ультрафіолетовий шар, який відбиватиме сонячне світло і використовуватиметься для генерації електроенергії.

Нарешті, антиблікові покриття використовуються на обох зовнішніх поверхнях для зменшення віддзеркалень, оскільки будь-яке світло, яке відбивається. потенційно до 10% від загального. не проходить через пристрій.

Рефлектор направляє ультрафіолетове світло назад в активні шари, в той час як антивідбиваючі (AR) покриття на зовнішніх поверхнях максимізують вхідне світло, зменшуючи відображення.

Таким чином, ми побачили концепцію прозорої сонячної панелі.

Чи є прозорі сонячні панелі майбутнім?

Нас підтримують читачі. Коли ви купуєте за посиланнями на нашому сайті, ми можемо заробляти партнерську комісію.

За останнє десятиліття сонячна енергетика пройшла довгий шлях розвитку. Широкомасштабні інвестиції в нові технології та відновлювані джерела енергії знизили витрати, зробивши сонячні панелі більш доступними і дешевими, ніж будь-коли раніше. Проте, коли ви думали, що їхні механізми досягли піку ефективності та дизайну, інноватори розробили щось ще більш революційне: Прозорі сонячні панелі.

Хтось може сказати, що новітні технології нагадують сучасні вікна. якщо це ваша думка, то ви на правильному шляху. Питання в тому, коли вони з’являться на ринку, і як вони вплинуть на майбутнє сонячної енергетики?

Що таке прозорі сонячні панелі?

Дослідники з Мічиганського державного університету (MSU) розробили фотоелектричне (PV) скло. сонячні скляні панелі, які генерують електроенергію. Їхній винахід розпочався у 2014 році з першого прозорого люмінесцентного сонячного концентратора. скляної панелі або листа, який міг перетворити звичайне вікно на фотоелемент. Станом на 2020 рік вони досягли повної прозорості фотоелементів і надихнули компанії на виробництво.

Уявіть собі майбутнє, в якому вікна вашої вітальні могли б генерувати енергію з сонячного світла. Прозорі сонячні панелі також визначатимуть зелене будівництво, дозволяючи підприємствам досягти своїх цілей з енергоефективності, а містам. оптимальної стійкості. Те саме можна сказати про Windows вашого автомобіля, екрани комп’ютерів та смартфонів.

Немає сумнівів, що сонячні панелі з прозорого скла набудуть популярності. Пам’ятаєте, коли мало хто думав, що сонячні батареї на дахах злетять? Сьогодні 19% американців мають сонячні панелі або встановлюють їх. ще 48% мають намір зробити це найближчим часом.

Завдяки розширенню федеральних податкових пільг, державних стимулів та знижок, люди більш оптимістично оцінюють початкові витрати на сонячну енергію, особливо враховуючи ціни на комунальні послуги. У міру зростання інфляції та її впливу на енергетичний сектор, все більше американців намагаються обігріти, охолодити та забезпечити електроенергією свої будинки.

Як працюють сонячні вікна

На даний момент ви, ймовірно, знаєте, що фотоелектричні сонячні панелі поглинають випромінювання для виробництва електроенергії та живлення вашого домогосподарства. Однак, клітини повинні бути посаджені на панель, тобто сонячне світло не може проходити крізь них. Отже, як дослідники МДУ обійшли цей недолік??

Прозорі сонячні концентратори містять ціанін, який ефективно вловлює променеву енергію, тобто інфрачервоне та ультрафіолетове світло. Хоча людське око бачить природне світло, що проходить крізь скло, концентратори затримують частину світла і перетворюють його в електрику.

Дослідники з МДУ зазначають, що U.S. має майже 5-7 мільярдів квадратних метрів скляних будівельних поверхонь, від будинків до комерційних приміщень. Загалом, прозорі сонячні панелі можуть задовольнити 40% попиту на електроенергію в США.S. попит на енергію.

Вже у 2017 році прозорі панелі мали ефективність 5%. традиційні системи панелей зазвичай мають ефективність від 15% до 18%. Очевидно, що ці дані є позитивною новиною для майбутнього відновлюваної енергетики. Деяким домовласникам також може не сподобатися вигляд сонячних панелей на дахах їхніх будинків. Віконні фотоелементи легко поєднуються з будинком і ледь помітні.

Крім того, встановлення традиційних сонячних панелей. це досить складна робота, яка займає надмірний простір і часто призводить до високих рахунків. до знижок. Таким чином, прозорі сонячні панелі є реальною альтернативою для підприємств у густонаселених районах для інтеграції прозорих вікон з сонячними панелями для підвищення енергоефективності та досягнення своїх цілей щодо чистого нуля.

Чи можете ви купити прозорі сонячні панелі для свого будинку або бізнесу?

Є багато причин, щоб бути в захваті від цих нових розробок в області сонячних панелей. Прозорі сонячні панелі можуть змінити правила гри для більш широкої установки та дотримання вимог США.S. кліматичні цілі. Звичайно, споживачі та бізнес хочуть знати, коли новітні технології стануть доступними.

Важливо відзначити, що коли повністю прозорі сонячні панелі з’являться на ринку, вони будуть коштувати дорого. З часом, так само, як і на звичайні сонячні панелі, ціна знизиться з широким впровадженням. Ви вже можете придбати напівпрозорі сонячні панелі за ціною від 30% до 40%. непрозорі, але не повністю прозорі.

Екологічні експерти оцінюють напівпрозорі панелі в 250 фунтів стерлінгів за квадратний метр. близько 313 в США.S. Однак більшість вчених прогнозують, що вони будуть на 50% дешевшими, ніж звичайні сонячні панелі, оскільки більшість конструкцій зможуть наносити лист на існуючі віконні шибки та рами.

Де зараз використовуються прозорі сонячні панелі?

Кілька місць почали використовувати наявні прозорі панелі з великим успіхом завдяки голландській компанії Physee, що займається стійкими технологіями. Physee була піонером прозорих сонячних панелей, розробивши Power Window.

У 2021 році компанія встановила 15 000 своїх сонячних вікон, маючи намір скоротити на 30% споживання енергії та витрати. Продукт PowerWindow компанії в даний час покриває 300 квадратних футів голландського банку. PowerWindow від Physee також прокладає шлях до фотоелектричного скла, яке компанія називає SmartSkin. В майбутньому SmarSkin буде використовувати автоматизовану систему для визначення, живлення та регулювання клімату в приміщенні.

Ubiquitous Energy. ще одна компанія, що створює хвилі в розробці прозорих сонячних панелей. Після установки 100 квадратних футів свого продукту в штаб-квартирі в Редвуд-Сіті, штат Каліфорнія, Ubiquitous Energy встановила сонячні вікна в МДУ, на заводі Nippon Sheet Glass, Co. Ltd. (NSG) в Огайо, Boulder Commons в Колорадо та NSG Chiba Facility в Японії.

У Копенгагенській міжнародній школі в Данії встановили 12 000 напівпрозорих панелей, які виробляють 200 мегават електроенергії на рік і вдвічі більше енергії, ніж споживає сама будівля.

Хоча сучасні прозорі сонячні панелі мають невеликий відтінок, це може незабаром змінитися завдяки кришталево чистій інновації MSU. Звідси, реальне питання полягає в тому, як швидко домовласники та комерційні орендодавці приймуть нову енергоефективну та стійку технологію.

Прозорі сонячні панелі незабаром з’являться у споживачів

населення висловили занепокоєння щодо стану планети на тлі зростаючої зміни клімату. Багато хто також закликав впроваджувати екологічно чисті альтернативи та досягнення у сфері відновлюваної енергетики.

Бачачи, що люди хочуть змінити світ на краще і долучитися до захисту навколишнього середовища, перехід на прозорі сонячні панелі заощадить їхні гроші, забезпечить сучасну модернізацію будинків і зменшить їхній вплив на навколишнє середовище. Зрештою, ця нова технологія повинна зацікавити тих, хто вже використав. або хоче використати. силу сонячної енергії.

Все про прозорі сонячні панелі: Принцип роботи, вартість, плюси та мінуси

З появою на ринку багатьох еволюційних технологій, сонячна технологія прогресувала з винаходом прозорої сонячної панелі.

Це нове покоління енергетичних панелей, які використовують поверхні вікон для виробництва електроенергії. Основним мотивом є економія сільськогосподарських угідь, оскільки встановлення великомасштабних сонячних панелей вимагає багато місця.

Це нова технологія збору сонячної енергії через вікна або скляні поверхні, яку часто називають фотоелектричним склом. Він може перетворити будь-яке скло або віконну панель на фотоелектричний елемент, що генерує електроенергію.

Як працює прозора сонячна панель?

Невидима сонячна панель вибірково вловлює сонячні промені, які не видно неозброєним оком. Це відбувається за допомогою прозорого люмінесцентного сонячного підрядника (TLSC).

• TLSC складається з органічних солей, які можуть поглинати вибрані невидимі УФ-промені та видиме інфрачервоне світло.
• Новий сформований промінь спрямовується до кордонів віконних смуг.
• Вікно з фотоелектричним покриттям перетворює нові промені в корисну енергію.

Скло покрите тонким шаром фотоелектричного чорнила або плівки. Ефективність TLSC становить 10%. Однак її можна збільшити, використовуючи їх у кожному домогосподарстві та комерційному місці.

Ефективність прозорої сонячної панелі

Ефективність цих панелей дещо нижча, ніж у традиційних сонячних панелей, і становить близько 10 відсотків.

Поліелектричні сонячні панелі мають ефективність десь від 13 до 15 відсотків. Монопроцентні панелі мають ефективність від 16 до 21 відсотка. Двосторонні модулі мають найвищий коефіцієнт корисної дії (близько 27 відсотків).

У порівнянні з усіма своїми аналогами, частково прозора панель має середню ефективність 7.2 відсотки. Кількість виробленої енергії залежить від декількох факторів, таких як розташування вікна та кількість сонячного світла. Велика віконна сонячна панель є більш ефективною.

Плюси і мінуси покупки прозорої сонячної панелі

Перш ніж інвестувати в прозору панель, ви повинні знати про її переваги та недоліки, щоб вирішити, чи варто інвестувати в неї.

Переваги

• – Прозора сонячна панель менш складна в установці, ніж її традиційні аналоги.
• – Прозорі сонячні панелі. чудове альтернативне джерело енергії. Вони не займають багато місця і можуть бути легко встановлені в Windows.
• – Ці невидимі сонячні панелі дуже легкі і, отже, портативні.
• – Ви можете заощадити на рахунках за електроенергію, перейшовши на невидимі сонячні панелі.

Недоліки

• – Відсоток виробленої енергії менший. Вам доведеться придбати багато таких сонячних панелей, щоб забезпечити електроенергією великий будинок.
• – Одним з істотних недоліків використання прозорих сонячних панелей є те, що вони поставляються зі спеціальними електричними пристроями, такими як лампочки або штепсельні вилки. Це означає, що вони будуть несумісні з традиційними електричними гаджетами. Тому, якщо ви плануєте їх встановити, вам доведеться інвестувати в нові електричні пристрої, які можна використовувати з панелями.
• – Невидима сонячна панель вимагає постійного споживання сонячного світла. Оскільки в похмурі або дощові дні їхня потужність низька, це також впливає на їхню продуктивність.
• – Прозорі сонячні панелі складаються зі скла, що робить їх крихкими. Тому з ними потрібно поводитися обережно. Ці панелі більш схильні до розтріскування або поломки, якщо не дотримуватися особливої обережності при поводженні з ними.

Вартість прозорої сонячної панелі

Очікується, що прозора сонячна панель коштуватиме близько ₹ 5 500 за один квадратний метр. Однак, багато що в ціноутворенні залежить від розміру панелі та типу, який ви хочете встановити.

Сонячна електроенергія є капіталомісткою, тому основні витрати припадають на обладнання. Процес виготовлення прозорої панелі є екологічно чистим.

Прозора сонячна панель є економічно вигідною, оскільки ви можете покласти шар віконного скла з фотоелектричним покриттям поверх вікон з невеликими додатковими витратами.

Обслуговування прозорої сонячної панелі

Накопичення пилу у віконних панелях знижує їх продуктивність. Тривалість очищення сонячної панелі визначається щільністю забруднення у вашому регіоні.

Якщо ваш будинок прилягає до узбіччя дороги, панелі можуть потребувати регулярного чищення.

Очищення прозорої сонячної панелі аналогічне очищенню традиційних сонячних панелей. Можна використовувати мокру губку, однак завжди бажано не використовувати агресивні хімічні засоби або щітки. Це може пошкодити сонячні панелі.

Важливо щомісяця перевіряти свої сонячні панелі, щоб переконатися, що вони працюють ефективно. Моніторинг допомагає отримати максимальну віддачу від інвестицій у сонячні панелі.

Висновок

Сонячна енергія стала найбільш економічно ефективною енергією. Технологія прозорих сонячних панелей приваблива і має багатообіцяюче майбутнє.

Прозорі сонячні панелі здатні блокувати більшу частину інфрачервоних променів, які нагрівають приміщення. Це автоматично призводить до скорочення використання кондиціонерів та зменшення рахунків за електроенергію.

Ще однією значною перевагою використання цих панелей є те, що вони не потребують більшого простору для встановлення.

Поширені запитання

Q1. Які два типи прозорих сонячних панелей доступні на ринку?

Два типи. частково прозорі сонячні панелі та повністю прозорі сонячні панелі.

Повністю прозора панель має ефективність 10 відсотків. Частково прозора сонячна панель має ефективність 7.2 відсотки.

Q2. Чи можуть прозорі сонячні панелі стати майбутнім?

Так, прозорі сонячні панелі мають багато переваг, таких як зниження витрат на електроенергію. Їх можна використовувати в будь-якому пристрої. навіть у вікнах автомобіля. для виробництва електроенергії.

Q3. Чи можемо ми скласти прозору сонячну панель?

Так, ви можете складати ці сонячні панелі в стек, оскільки це може збільшити ефективність на 10 відсотків, не впливаючи на продуктивність.

Прозорі сонячні панелі

Сонячне випромінювання є одним з найбільш поширених і легкодоступних джерел відновлюваної енергії, які ми маємо в своєму розпорядженні. Розробка сонячних панелей на основі кремнію, що дозволяють вловлювати і перетворювати цю енергію в корисну електроенергію, стала величезним науковим проривом. Однак існує кілька перешкод на шляху інтеграції сонячних технологій в енергетичну інфраструктуру наших суспільств. Однією з таких перешкод є той факт, що традиційні сонячні панелі є прозорими, і для їх встановлення потрібна велика кількість місця, а встановлення таких панелей у громадських місцях може бути естетично небажаним.

Створення прозорого сонячного елемента (TSC) стало б монументальним кроком у вирішенні цієї проблеми і дозволило б майже безперешкодно інтегрувати сонячні технології в наше повсякденне життя. Уявіть, що кожна прозора скляна поверхня містила б працюючий сонячний елемент. вікна житлових і комерційних будівель, автомобільні вікна. і екрани на персональній електроніці. застосування прозорих сонячних технологій різноманітні, численні і застосовні в усьому світі.

Тонкоплівкові прозорі сонячні елементи

Ця технологія з’явилася відносно недавно: концепція TSC була винайдена групою вчених з Массачусетського технологічного інституту та Університету штату Мічиган у 2010 році [1]. З тих пір світ TSC розширився, включивши в себе кілька різних технологій і методів, кожен з яких конкурує в гонці за те, щоб зробити технологію TSC життєздатним конкурентом на ринку фотоелектричних технологій. Розвиток технології TSC за своєю суттю є складним, оскільки прозорість (здатність фотонів проходити крізь об’єкт) внутрішньо суперечить фотоелектричному ефекту (здатності поглинати падаючі фотони і перетворювати їх в електрику).

Захоплення енергії з невидимих довжин хвиль

До розробки TSC зазвичай підходять двома шляхами. Перший полягає у створенні сонячного елемента з використанням надзвичайно тонких плівок порядку нанометрів, тобто при зменшенні товщини деяких матеріалів. збільшується прозорість матеріалу [2]. У цьому методі кілька шарів матеріалу об’єднуються для створення сонячного елемента, подібно до процесу виробництва традиційного елемента на основі кремнію. Однак, використовуючи надзвичайно тонкі плівки для кожного шару, загальну прозорість сонячного елемента можна збільшити. Існує багато різних процесів як для виготовлення провідної плівки, так і для осадження цих плівок на підкладку, кожен з яких по-різному впливає на загальну продуктивність і вартість сонячного елемента.

Інший підхід полягає у використанні прозорих матеріалів, які природним чином пропускають видиме світло, поглинаючи при цьому світло в ультрафіолетовому (УФ) і ближньому інфрачервоному (БІЧ) спектрах, яке потім використовується для вироблення електроенергії [2]. Це використовує той факт, що будівлі зі скляними фасадами зазвичай вже мають покриття, яке фільтрує частину падаючого світла в ультрафіолетовому та інфрачервоному діапазонах, щоб захистити людей в будівлі від ультрафіолетового випромінювання, а також запобігти надмірному нагріванню будівлі інфрачервоним випромінюванням. Замість того, щоб викидати цю енергію на вітер, цей тип прозорих сонячних елементів дозволяє не тільки вловлювати енергію невидимих довжин хвиль, але й перетворювати її в корисну електроенергію [3]. На рисунку 1 показано приклад цієї технології, де падаюче світло, що надходить зліва, фільтрується декількома шарами матеріалу, які поглинають невидимі інфрачервоні та ультрафіолетові довжини хвиль і пропускають довжини хвиль у видимому спектрі праворуч.

Багато з найбільш перспективних технологій використовують комбінацію цих двох методів, оскільки шари, що використовуються для побудови сонячних елементів, надзвичайно тонкі, що збільшує їх прозорість, а окремі шари також здатні поглинати інфрачервоне та/або ультрафіолетове випромінювання. Існує цілий ряд різних матеріалів, здатних до цього явища, включаючи полімери, перовскіти, квантові точки та прозорі люмінесцентні сонячні концентратори (TLSC) [2]. Крім того, органічні барвники можуть бути використані в якості легуючих елементів, які служать для збільшення діапазону довжин хвиль і кількості фотонів, що поглинаються, і, в свою чергу, збільшують кількість електронів і дірок, що утворюються [2]. Це підвищує ефективність роботи сонячного елемента.

Прикладом тонкоплівкового підходу є напівпрозорий перовскіт, який складається з декількох надзвичайно тонких шарів матеріалу, що забезпечує часткову прозорість комірки, а також має деяку вищу ефективність, ніж існуючі ФЕП [2]. Сонячні елементи, які навмисно є лише частково прозорими, підходять для використання у вікнах будівель на південній стороні, де бажано фільтрувати частину падаючого світла. багато офісних приміщень все одно використовують тоновані вікна в таких місцях [4].

Рисунок 1: Схема органічного прозорого сонячного елемента [2].

У ФЕП на основі полімерів ідея полягає в тому, щоб поєднати прозорий полімерний сонячний елемент, який поглинає ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання, але є прозорим для видимого світла, з прозорим провідним матеріалом, таким як срібні нанодроти (AgNWs). Загальна структура складається з двох прозорих провідних електродів з активними матеріалами між ними, які здатні поглинати інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання [2]. Така структура зображена на малюнку 2.

Рисунок 2: Структура прозорого сонячного елемента на основі полімеру [2].

Квантові точки. це неорганічні напівпровідникові нанокристали, що мають електронні та оптичні властивості, які відрізняються від більших частинок завдяки квантовій механіці. Коли УФ-випромінювання падає на квантову точку, електрон у квантовій точці збуджується до більш високого енергетичного рівня, і коли цей електрон падає назад у свою валентну зону, він вивільняє енергію у вигляді довжини хвилі світла [5]. Ця випромінювана довжина хвилі спрямовується до краю рами панелі і збирається розміщеними там сонячними елементами, які перетворюють цю енергію в електрику. Прозорі люмінесцентні сонячні концентратори (TLSC) працюють за схожим принципом. прозорі флуоресцентні барвники поглинають падаюче інфрачервоне та ультрафіолетове світло і випромінюють видиме світло, яке знову спрямовується до краю панелі, де сонячні колектори перетворюють його в електрику [2]. Основна відмінність полягає в тому, що флуоресцентні компоненти в TLSC складаються з органічних солей, на відміну від неорганічних нанокристалів, що використовуються в якості квантових точок.

Інтегрована фотоелектрика для будівель (BIPV)

Зіткнувшись з важким завданням масштабування цих складних технологій, інші люди вирішили уникнути розробки дійсно прозорих сонячних елементів і вибрали більш практичний підхід: розробку сонячних технологій, які можна швидше інтегрувати в існуючу архітектуру (широко відому як Building Integrated Photovoltaics, або BIPV). Деякі приклади цього включають сонячну черепицю (один з популярних побічних проектів Тесли) і сонячні жалюзі, в яких традиційні непрозорі сонячні елементи застосовуються в більш естетичному вигляді [4]. Ці технології сьогодні легко доступні для побутових споживачів і є чудовою масштабованою альтернативою для виробництва чистої електроенергії, якщо традиційні кремнієві сонячні панелі не бажані або неможливі у вашій конкретній ситуації.

Чого очікувати

Виготовлення технологій, про які йшлося вище, досить складне і включає в себе кілька завдань, які повинні бути збалансовані для створення здійсненного дизайну. До них відносяться [2] :

• Пошук відповідних матеріалів, які дозволяють пропускати фотони у видимому спектрі, поглинаючи при цьому фотони невидимого спектру, зокрема інфрачервоні та ультрафіолетові.
• Виготовлення цих матеріалів таким чином, щоб досягти високої прозорості, не жертвуючи при цьому ефективністю. Більшість працюючих технологій TSC все ще мають дуже низьку ефективність у порівнянні з традиційними сонячними елементами на основі кремнію.
• Розробка методів виробництва, які були б економічними як у масовому виробництві, так і в лабораторних умовах.
• Проектування архітектури TSC, іншими словами, як ефективно застосувати і розташувати вищезгадані матеріали для створення фізичної комірки і захисної підкладки.
• Для сонячних елементів на органічній основі їх стабільність протягом тривалого періоду часу також є потенційною проблемою. Через вплив високих температур, кисню і водяної пари через навколишнє середовище більшість ФЕП не можуть запропонувати довічну гарантію, як кремнієві фотоелектричні перетворювачі, що є явним недоліком. Однак необхідні подальші дослідження для визначення довгострокової деградації органічних сонячних елементів.

Технологія TSC буде продовжувати вдосконалюватися і ставати більш привабливою в міру вирішення цих проблем, і ми можемо очікувати, що прийняття і застосування цих технологій збільшиться в найближчі роки. Прозорість існуючих сьогодні TSC коливається на рівні 80%, а ефективність, як правило, не перевищує 10%, що в поєднанні з вартістю виробництва все ще занадто низька, щоб бути конкурентоспроможною з традиційними сонячними елементами на основі кремнію [2]. Хоча прозорі сонячні елементи мають набагато нижчу ефективність, ніж традиційні сонячні елементи, велика кількість потенційних застосувань робить цю технологію привабливою, оскільки вона усуває проблему землекористування, зазвичай пов’язану з традиційними установками сонячних панелей. їх нижча ефективність буде компенсована їх великим потенційним масштабом розгортання [4].

Розглянуті вище технології є багатообіцяючими, і сьогодні існує кілька компаній, які застосовують ці технології на практиці і працюють над збільшенням масштабів виробництва до комерційного рівня.

SolarWindow виготовила прозорі сонячні елементи з використанням полімерного покриття, чутливого до інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювання, і робить великі кроки в розробці економічних методів виробництва тонкоплівкових TSC на основі полімерів, які незабаром можуть вивести цю технологію на комерційний ринок [ 6 ].

Ubiquitous Energy. ще одна компанія в сфері прозорих сонячних елементів, яка використовує описану вище технологію TLSC. Їх сонячні елементи знаходяться у виробництві і доступні для придбання та встановлення в обмежених розмірах, і, сподіваємось, будуть більш доступними для комерційного застосування в найближчі роки [ 7 ].

Німецька компанія Heliatek. один з провідних світових виробників органічних сонячних плівок, успішно створив перовскітні сонячні елементи з 40% прозорості та 7% ефективності [2].

Інші ефективні BIPV, такі як сонячна черепиця, ймовірно, залишатимуться конкурентоспроможними як більш практичні та економічні альтернативи справді прозорим сонячним елементам, поки методи виробництва TSC не стануть конкурентоспроможними в масових масштабах.

Зважаючи на багатообіцяючу траєкторію розвитку цих технологій і зростаючу кількість компаній, які вкладають серйозний час і капітал в їх розвиток, можна з оптимізмом очікувати, що в недалекому майбутньому хмарочоси будуть виробляти достатньо електроенергії, щоб задовольнити весь свій попит на електрику, персональна електроніка матиме можливості самозарядки, а великі промислові міста будуть не тільки споживати енергію, але й виробляти її. Ці технології не тільки допоможуть зробити нашу електромережу чистішою і кращою для навколишнього середовища, але й більш незалежною та стійкою.

Як новий енергетичний капітал може допомогти вам досягти ваших сонячних цілей?

ДОВІДКА:

Чому прозорі сонячні батареї можуть замінити вікна в найближчому майбутньому

Дослідники розробили прозорі сонячні панелі, які можна використовувати як скляні вікна в наших будинках або навіть в екранах наших телефонів.

Рупендра Брахамбхатт

Незалежно від того, наскільки стійкими, екологічними та чистими джерелами енергії вони є, звичайні сонячні панелі вимагають великої площі для встановлення та значних початкових інвестицій. Через ці обмеження їх важко впроваджувати в міських районах (особливо в районах з великою кількістю багатоквартирних будинків або магазинів). Але завдяки роботі геніальних інженерів з Мічиганського університету, це може незабаром стати не так.

Дослідники створили прозорі сонячні панелі, які, як вони стверджують, можуть бути використані як вікна, що генерують енергію в наших будинках, будівлях і навіть орендованих квартирах.

Якщо ці прозорі панелі дійсно здатні генерувати електроенергію економічно ефективно, то дні звичайних вікон, можливо, минають, поки ми говоримо. Незабаром ми зможемо мати доступ до дешевої сонячної енергії незалежно від того, де ми живемо.- і, що ще краще, ми можемо позбутися жахливих відключень електроенергії, які час від часу трапляються, тому що з прозорими, схожими на скло сонячними панелями кожен будинок і кожен високий хмарочос зможе генерувати свою власну енергію незалежно.

Огляд прозорих сонячних панелей

Для того, щоб генерувати енергію з сонячного світла, сонячні елементи, вбудовані в сонячну панель, повинні поглинати сонячне випромінювання. Тому вони не можуть повністю пропускати сонячне світло (як скляне вікно). Спочатку ідея прозорих сонячних панелей може здатися абсурдною і абсолютно нелогічною, адже прозора панель не повинна поглинати випромінювання.

Але це не обов’язково так, як виявили дослідники. Насправді це зовсім не так.

Сонячні панелі, створені інженерами Мічиганського університету, складаються з прозорих люмінесцентних сонячних концентраторів (TLSC). Складений з ціаніну, TLSC здатний вибірково поглинати невидиме сонячне випромінювання, включаючи інфрачервоне і ультрафіолетове світло, і пропускати крізь себе решту видимих променів. Іншими словами, ці пристрої прозорі для людського ока (дуже схожі на вікно), але все ж поглинають частину сонячного світла, яке потім можуть перетворити в електрику. Це відносно нова технологія, вперше розроблена в 2013 році, але вона вже досягла вражаючих успіхів.

Панелі, оснащені TLSC, можна формувати у вигляді тонких прозорих листів, які в подальшому можна використовувати для створення вікон, екранів смартфонів, дахів автомобілів тощо. На відміну від традиційних панелей, прозорі сонячні панелі не використовують силікон; натомість вони складаються з шару оксиду цинку, покритого шаром IC-SAM на основі вуглецю та шаром фулерену. Шари IC-SAM і фулерену не тільки підвищують ефективність панелі, але й запобігають руйнуванню поглинаючих випромінювання ділянок сонячних елементів.

Дивно, але дослідники з Мічиганського державного університету (MSU) також стверджують, що їхні прозорі сонячні панелі можуть прослужити 30 років, що робить їх більш довговічними, ніж більшість звичайних сонячних панелей. По суті, ви можете встановити ці прозорі сонячні батареї на свої вікна і отримувати безкоштовну електроенергію без особливих клопотів протягом десятиліть. Не дивно, що ця перспектива зацікавила багатьох людей.

За словами професора Річарда Ланта (який очолював експеримент з прозорими сонячними елементами в MSU), високопрозорі сонячні елементи представляють хвилю майбутнього для нових сонячних застосувань”. Він також додає, що ці пристрої в майбутньому можуть забезпечити такий самий потенціал генерації електроенергії, як і сонячні системи на дахах, а також оснастити наші будівлі, автомобілі та гаджети можливістю самозарядки.

Це те, над чим ми працюємо, сказав він. Традиційні сонячні технології активно досліджуються вже понад п’ять десятиліть, але над цими високопрозорими сонячними елементами ми працюємо лише близько п’яти років. Зрештою, ця технологія пропонує багатообіцяючий шлях до недорогого, широкомасштабного впровадження сонячної енергії на малих і великих поверхнях, які раніше були недоступні.

Останні розробки в області технології прозорих сонячних елементів

Крім дослідницької роботи, проведеної професором Річардом Лантом і його командою в МДУ, є й інші дослідницькі групи і компанії, які працюють над розробкою передових скляних вікон, що працюють на сонячній енергії. На початку цього року команда з Університету ІТМО в розробила більш дешевий метод виробництва прозорих сонячних елементів. Дослідники знайшли спосіб виробляти прозорі сонячні панелі набагато дешевше, ніж будь-коли раніше.

Звичайні тонкоплівкові сонячні батареї мають непрозорий металевий задній контакт, який дозволяє їм вловлювати більше світла. Прозорі сонячні елементи використовують світлопроникний задній електрод. У такому випадку частина фотонів неминуче втрачається при проходженні через нього, що знижує продуктивність пристроїв. Крім того, виготовлення зворотного електрода з потрібними властивостями може бути досить дорогим. розповідає Павло Ворошилов, науковий співробітник фізико-технічного факультету Університету ІТМО.

Для наших експериментів ми взяли сонячний елемент на основі маленьких молекул і прикріпили до нього нанотрубки. Далі ми легували нанотрубки за допомогою іонного затвора. Ми також обробили транспортний шар, який відповідає за те, щоб заряд з активного шару успішно потрапляв на електрод. Ми змогли зробити це без вакуумних камер, працюючи в атмосферних умовах. Все, що нам потрібно було зробити, це капнути трохи іонної рідини і подати невелику напругу, щоб створити необхідні властивості, додає співавтор Павло Ворошилов.

PHYSEE, технологічна компанія з Нідерландів, успішно встановила своє “PowerWindow” на основі сонячної енергії на площі 300 квадратних футів у будівлі банку в Нідерландах. Хоча в даний час прозорі вікна PowerWindow недостатньо ефективні, щоб задовольнити енергетичні потреби всієї будівлі, PHYSEE стверджує, що, доклавши ще трохи зусиль, незабаром вони зможуть підвищити доцільність і потужність генерації електроенергії своїх сонячних вікон.

Каліфорнійська компанія Ubiquitous Energy також працює над системою “ClearView Power”, яка має на меті створити сонячне покриття, здатне перетворити скло, що використовується у вікнах, на прозорі сонячні панелі. Це сонячне покриття дозволить прозорим скляним вікнам поглинати високоенергетичне інфрачервоне випромінювання, компанія стверджує, що досягла ефективності 9.8% з сонячними елементами ClearView під час їх початкових випробувань.

У вересні 2021 року об’єкт корпорації Nippon Sheet Glass (NSG), розташований у місті Тіба, став першою в Японії будівлею, оснащеною сонячними вікнами. Прозорі сонячні панелі, встановлені NSG на своєму об’єкті, розроблені компанією Ubiquitous Energy. Нещодавно, в рамках співпраці з Morgan Creek Ventures, компанія Ubiquitous Energy також встановила прозорі сонячні вікна на Boulder Commons II, комерційній будівлі, що будується в Колорадо.

Всі ці захоплюючі розробки вказують на те, що рано чи пізно ми також зможемо встановити прозорі сонячні вікна, що генерують енергію, в наших будинках. Така невелика зміна в способі виробництва енергії в глобальному масштабі може виявитися великим кроком до життя в більш енергоефективному світі.

Ще не все так просто

Якщо це звучить майже занадто добре, щоб бути правдою, то так воно і є. Ефективність цих повністю прозорих сонячних панелей становить близько 1%, хоча технологія має потенціал для досягнення ефективності близько 10%.- Це порівняно з 15%, які ми вже маємо для звичайних сонячних панелей (деякі ефективні панелі можуть досягати 22% або навіть трохи вище).

Тому ефективність ще не настільки висока, щоб зробити прозорі сонячні елементи ефективними, але вона може бути досягнута в недалекому майбутньому. Крім того, привабливість цієї системи полягає в тому, що вона може бути розгорнута в невеликих масштабах, в місцях, де неможливо встановити звичайні сонячні панелі. Вони не повинні замінювати звичайні сонячні панелі, а лише доповнювати їх.

Якщо подумати, то ще десять років тому сонячна енергія не вважалася конкурентоспроможною.- а нещодавній звіт показав, що зараз це найдешевша форма електроенергії, доступна досі в історії людства. Хоча прозорі сонячні батареї ще не були по-справжньому використані, ми бачили, як швидко цей тип технології може розвиватися, і перспективи для досягнення великих результатів є.

Сама думка про те, що незабаром ми зможемо живити наші будівлі через наші вікна, показує, наскільки далеко ми просунулися. Енергетична революція не за горами, і було б мудро поставитися до неї серйозно.