Блог

Проектування та аналіз багатошарових сонячних елементів з наночастинок кремнію

Ми досліджуємо концепцію сонячних елементів на основі наночастинок, що складаються зі стеку кремнієвих наночастинок в якості поглинача світла для ультратонкої фотоелектрики. Ми вивчаємо потенціал використання цих нанотекстурованих за своєю природою структур для покращення поглинання світла. Для цього було проведено детальний оптичний аналіз залежності відгуку комірки від таких параметрів, як кількість шарів частинок, структура решітки та кут падіння світла; потім оптичний відгук цих комірок порівнювався з результатами для звичайних кремнієвих сонячних елементів. Крім того, ми пропонуємо різні конфігурації для застосування цих субмікронних частинок в якості сонячного елемента з p-n переходом. Ми також обчислюємо електричні характеристики вибраних конфігурацій. При цьому розглядаються ключові питання, включаючи вплив точок контакту між наночастинками та вплив втрат. В кінці ми покажемо, як \(\mathrm_2\) наночастинки на поверхні структури комірки можуть посилити фотострум. Отримано відповідний діапазон розмірів частинок \(\mathrm_2\) для типових структур комірок.

Вступ

Ультратонкими сонячними елементами називають групу фотоелектричних структур, що мають поглиначі світла з товщиною, щонайменше на порядок меншою, ніж у звичайних сонячних елементів 1. Ці елементи привернули увагу завдяки зменшенню потреб у сировині, їх гнучкості та здатності до згинання 2,3. Незважаючи на їх зменшену товщину, довжина оптичного шляху покращується за рахунок інженерної структури комірки, щоб компенсувати їх низьке поглинання. Очікується, що ультратонкі сонячні елементи будуть виготовлятися за допомогою недорогих технологій завдяки підвищенню продуктивності виробництва 4; наприклад, вони можуть бути реалізовані без захисних шарів скла 3 або їх активний шар може бути нанесений за допомогою більш низьких технологій осадження 1. Ці елементи можуть демонструвати надійну роботу при дислокаціях клітин та деградації, спричиненій низьким освітленням 5,6. Крім того, механізми об’ємної рекомбінації, такі як оже-рекомбінація, обмежені, що призводить до більш високих напруг холостого ходу, а також полегшує збір носіїв на контактах 1. Завдяки цим особливостям, концепція ультратонкої фотоелектрики зазнала захоплюючого зростання протягом останнього десятиліття і знайшла застосування в космічних апаратах 3 завдяки короткій довжині дифузії носіїв, що забезпечує імунітет проти радіаційних пошкоджень. Крім того, завдяки своїй гнучкості, ці елементи є кандидатами на постачання енергії для портативних пристроїв у віддалених районах.

Спроби розробки та реалізації ультратонких сонячних елементів були зосереджені на вивченні як електричних, так і оптичних аспектів; з електричної сторони, загальний аналіз включає оптимізацію ширини забороненої зони поглиначів 7,8. разом з вивченням дрейфу, дифузії, генерації та рекомбінації фотоносіїв, використовуючи рівняння транспорту носіїв 9,10. З оптичної точки зору, поведінка поглинання клітини є ключовим параметром, який визначає, наскільки ефективною є архітектура клітини у виробництві більшого фотоструму. Основним недоліком, що перешкоджає високій ефективності клітин, є недостатнє поглинання світла в ультратонких структурах. Через це дослідження цих елементів часто спрямовані на пошук архітектур управління світлом з практичними цінностями 6,11,12,13,14. Наприклад, використовуючи відповідні антивідбиваючі покриття та вбудовуючи дзеркала 15,16. з використанням періодичних нанорешіток на фронтальній стороні 17,18,19. або випадкові піраміди на передній і задній сторонах ультратонких шарів кремнію для досягнення всеспрямованого відбиття 20. Оптичне утримання також досліджувалося шляхом збудження крайових станів навколо фотонного топологічного ізолятора 21. З огляду на це, спроба була зосереджена на конфігурації структури як оптично, так і електрично, щоб зберегти високі струми короткого замикання при зменшенні товщини.

Ефективність ультратонких сонячних елементів також є багатообіцяючою; в елементах GaAs товщиною близько 205 нм ефективність перетворення досягла 19.9% 3. Для елементів CIGSe товщиною 1.2 \(\upmu\) м, ефективність 11.27% повідомляється в 22. В ультратонких кремнієвих сонячних елементах ефективність 8.6% повідомляється для 1.1 \(\upmu\) м поглинача, що хоча і є меншим, ніж у звичайних комірках, але показує значний прогрес на шляху до реалізації ламбертової моделі в ультратонких комірках 1.

Однак, створення надтонкої структури може ускладнити реалізацію цих комірок, і навіть суперечить їх основним перевагам. Таким чином, найчастіше віддається перевага простим конфігураціям елементів з розумною ефективністю. Серед різних методів збільшення струму короткого замикання в ультратонких комірках, використання випадково шорстких поверхонь показало багатообіцяючі результати 6. У зв’язку з цим, позитивний вплив наночастинок на посилення поглинання і розширення спектрального діапазону сонячного випромінювання для все більш тонких сонячних елементів був широко розглянутий 23,24,25,26 ; З точки зору виготовлення, на відміну від фотонних кристалічних структур, наночастинки можуть бути виготовлені і осаджені за допомогою більш дешевих методів 27. У той час як увага до ультратонких сонячних елементів в основному була прикута до сонячних елементів GaAs 28. дешеві кремнієві сонячні елементи такого типу мають більше комерційних шансів бути використаними в широкому наземному застосуванні з низькими енергетичними вимогами.

У цій статті ми демонструємо багатошарові сонячні елементи на основі кремнієвих наночастинок (SNP) як перспективну техніку управління фотонами в ультратонкій фотовольтаїці. Ми показуємо, як ця текстурована за своєю природою архітектура діє як поглинач світла, маючи при цьому потенціал для відокремлення і транспортування фотогенерованих носіїв. Ми порівнюємо оптичні властивості структури, що складається з цих розсіювачів Мі, з плоскими комірками однакової товщини і надаємо всебічний аналіз поведінки комірки для різної кількості шарів частинок під впливом косого падіння, а також для різної періодичності падіння частинок. Потім ми вивчаємо різні сценарії, щоб пристосувати наночастинки кремнію в якості активного шару реалізованої комірки. Далі ми концентруємося на відповідній структурі та оптимізуємо її геометричні та електричні параметри. Для того, щоб ще більше покращити поглинання, ми дослідимо ефект розподілу \(\mathrm_2\) наночастинок на фронті комірки. Нарешті, ми оцінюємо очікувану ефективність перетворення енергії комірки і порівнюємо її з ефективністю, про яку повідомляється в літературі.

Електромагнітні властивості поглиначів SNP з різними параметрами

Ми зосереджуємося на поглинальних властивостях шарів SNP і порівнюємо їх з планарним шаром кремнію. Дві структури показані на рис. 1a,b. Як показано на цьому рисунку, наночастинки кремнію щільно укладені всередині діелектричного середовища. Ми також припускаємо металевий контакт (срібло) знизу і покриття антивідблиску (ARC) над поглиначами, щоб ще більше нагадувати реальну комірку. Ми припускаємо, що частинки мають однаковий розмір порядку декількох сотень нанометрів; цей діапазон розмірів забезпечує досягнення значного захоплення світла в усьому частотному спектрі, що сприяє фотогенерації (i.e. (\(\lambda\) = 300-1100 нм). Припускаючи сферичну форму кремнієвих наночастинок, при зменшенні радіуса частинок збуджується менша кількість резонансів Міє, що призводить до меншого поглинання світла. Крім того, ми побачимо, що зі збільшенням радіусу частинок понад 500 нм посилення поглинання. порівняно зі звичайною коміркою. стає незначним. Це відбувається тому, що поглинання для кремнієвих наносфер з радіусом 500 нм або більше буде близьким до одиниці в смузі пропускання сонячних елементів. Захоплення світла в такій структурі на основі частинок посилюється завдяки збудженню режимів шепочучої галереї. Крім того, з точки зору променевої оптики, випадкова довжина шляху світлових променів всередині структури збільшує загальне поглинання. Що стосується плоского шару кремнію, показаного на рис. 1b, при \(\lambda 500\,\mathrm\). поглинання відбувається за рахунок власних втрат кристалічного кремнію. У цьому діапазоні оптичні характеристики обох структур дуже близькі одна до одної. На вищих довжинах хвиль резонанс Фабрі-Перо є єдиним механізмом утримання світла в плоскій структурі, і це відбувається лише на обмеженій кількості довжин хвиль. У наступних розділах ми розглянемо різні аспекти розподілених кремнієвих наночастинок у поглинанні світла, якщо вони використовуються замість кремнієвого шару.

Кількість шарів НП

Спочатку ми досліджуємо вплив кількості шарів частинок на рис. 1a на поглинанні. Мета полягає в тому, щоб дослідити, скільки шарів корисно для досягнення більш високого поглинання в порівнянні зі звичайною коміркою на рис. 1b. Припустимо, що частинки мають сферичну форму з вибраним радіусом 300 нм. Вважається, що частинки знаходяться всередині транспортного середовища-носія з показником заломлення 1.8, що є середнім значенням для ряду матеріалів, таких як полімер PEDOT:PSS та спіро-OMeTAD, у спектрі частот сонячного світла, що нас цікавить. Товщина цього середовища над верхнім шаром приймається рівною 75 нм, що імітує типову товщину ARC. На рисунках 2a,b показані спектри поглинання багатошарового SNP-поглинача з двома (N = 2) та п’ятьма (N = 5) шарами кремнієвих наносфер у порівнянні зі спектром поглинання плоского шару (інтегруючи отримані графіки по інтервалу довжин хвиль, можна обчислити густину потужності сонячного світла, яка поглинається структурою). Як видно, структура на основі частинок і плоский шар поводяться однаково на коротких довжинах хвиль на обох рисунках. Це було очікувано, оскільки глибина проникнення настільки мала, що оптична потужність поглинається незалежно від розглянутої зміни конфігурації. Однак ці структури на основі частинок забезпечують покращене поглинання на довших довжинах хвиль. то, порівнюючи два рисунки, можна побачити, що більше поглинання досягається при N = 5. Зауважимо, що якщо припустити, що дві структури (i.e. багатошаровий СНП і пласка структура) повинні мати однаковий об’єм поглинача, ми б досягли ще більшої розбіжності в їхньому поглинанні на довгих довжинах хвиль.

Хоча поглинання збільшується зі збільшенням кількості шарів, загальне поглинання наближається до поглинання планарної структури. Це показано на рис. 2c де повна густина поглиненої потужності. на цікавому інтервалі довжин хвиль. розрахована для структури на основі частинок і планарної структури, як функція кількості шарів. Ми також визначили загальне посилення поглинання як відношення між загальною густиною поглиненої потужності двох структур. З рисунка видно, що збільшення кількості шарів SNP зменшує перевагу SNP-структури в порівнянні з планарною. Це вказує на те, що комірка SNP є оптично кращою лише тоді, коли використовується декілька шарів.

Тип решітки

Частинки в кожному шарі структури, показаної на рис. 1a можуть бути розташовані в різних формах. Враховуючи щільний розподіл, випадкове розташування частинок є дешевшим вибором і практично кращим для масового виробництва. Незважаючи на це, з точки зору чисельного аналізу, часто доводиться враховувати певну періодичність, щоб зменшити область моделювання. Знання впливу різних розподілів частинок на поведінку поглинання допомагає знайти середню очікувану реакцію випадкового розподілу. Перш ніж вивчати вплив розташування частинок, підкреслимо, що для застосування в сонячних елементах густий розподіл SNP є набагато бажанішим, ніж розріджений. Це пов’язано з тим, що SNPs вважаються основним поглиначем в комірці. Таким чином, будь-яка відстань між ними зменшує поглинання падаючих фотонів. Коли SNP стають ближчими, між оптичними полями всередині поглинача утворюється сильніший зв’язок.

Ми обмежимося дослідженням решітки, що складається з двох шарів однакових наночастинок кремнію з радіусом R. На рисунку 3 показано поперечний переріз зверху трьох різних компонувань цих шарів. Рисунок 3a. просте кубічне (ПК) розташування шарів, де ми припускаємо, що поперечний переріз центрів частинок у верхньому шарі знаходиться на центрах частинок у нижньому шарі. На рисунку 3б показано кубічну структуру, де верхній шар, показаний всередині пунктирного квадрата, має прямокутний поперечний переріз і зсунутий з вектором ґратки \(R\,\hat_x R\,\hat_y\) відносно нижнього шару. Нарешті, на рис. 3c SNPs утворюють гексагональну щільно упаковану (HCP) матрицю, де SNPs у верхньому шарі мають такий самий шаблон і розташування, як і в нижньому шарі. З точки зору густини поглинача маємо HCP BCC SC. Відбиття від цих структур порівнюються для \(R = 100\,\mathrm\) на рис. 3d. Як видно, відбиття від першого і третього розташування мають дуже схожу поведінку на коротких довжинах хвиль; на більш високих довжинах хвиль HCP-структура має покращене поглинання завдяки своїм новим резонансам. Відбиття, що відповідає ГЦК решітці, демонструє досить флуктуаційну поведінку; в той час як в декількох інтервалах довжин хвиль, між 680 і 780 нм, відбиття зменшується, в інших. збільшується. Сумарне відбиття від цих структур також показано на рисунку. показано фотострум, який генерується кожним з них через 29

\begin J_\mathrm = \frac\int ^\lambda = 1100 \mathrm_\lambda = 300 \mathrm S(\lambda )A(\lambda )\lambda d\lambda. \end

де c це швидкість світла, e заряд електрона, h є сталою Планка, а \(S(\lambda )\) дорівнює AM 1.Сонячний спектр 5G 30. Значення відбиття показують, що друга форма періодичності, яка набагато більше нагадує квазівипадковий розподіл, може генерувати більші \(J_\mathrm\). Незважаючи на це, ми розглядаємо найгірший сценарій (i.e. Перша форма періодичності) при моделюванні електричної поведінки цих структур у наступних розділах.

Поглинання в залежності від кута падіння

Ефективність сонячних елементів з різними конфігураціями комірок

Різні конфігурації SNP-структур можна розглядати для роботи в якості сонячного елемента. Ці структури можна класифікувати за розміром частинок, типом розподілу (i.e. періодичний або випадковий) і механізм роботи, розроблений для комірки. З точки зору розмірів, ми зосередимося на SNP з субмікронними розмірами. Також тут не розглядаються елементи на основі кремнієвих квантових точок, оскільки погана провідність носіїв заряду все ще є серйозним недоліком для їх використання у фотовольтаїці 31. В межах цього розмірного інтервалу (i.e. SNP з розмірами в кілька сотень нанометрів) ширина забороненої зони частинок залишається незмінною. З точки зору механізму комірки, ми зосереджуємося на конфігураціях з p-n переходами. Залежно від матеріалів, що використовуються в якості носія наночастинок, існують інші квазі-p-n схеми, які можуть бути використані для формування реальної комірки SNP. Вони будуть розглянуті в наступних розділах.

На рисунку 5 показано поперечний переріз трьох конфігурацій комірок, де частинки утворили кілька шарів. Ми припускаємо, що частинки мають сферичну форму, щоб запропонувати наші основні ідеї. На рисунку 5а показано елементарну комірку, що складається з декількох шарів легованих частинок кремнію всередині діелектричного середовища. Частинки кремнію p-типу (P-Si) розміщуються над шаром кремнію n-типу (N-Si), утворюючи p-n перехід. У цьому сенсі транспорт носіїв до контактів відбувається через інтеейси частинок із сусідніми частинками або з шаром N-SI. Середовищем, що оточує наночастинки, можна вважати повітря. Однак, з міркувань стабільності, це не є практичною ідеєю. Натомість, якщо припустити, що це частинки P-Si, то оточуюче їх середовище може бути дірковим транспортним шаром (ДТШ). Ця структура, яку надалі називатимемо структурою А, є узагальненою формою ультратонкої структури, запропонованої в роботі 32. Друга структура (Структура В), показана на рис. 5b складається лише з декількох шарів SNP, які утворюють комірку з декількома p-n переходами всередині діелектричного середовища. Кожен шар має частинки з легуванням, протилежним до сусідніх шарів. Основною проблемою такої конфігурації є те, що частинки у верхніх шарах можуть дифундувати в нижні шари і, отже, порушувати очікуване розділення носіїв і транспортування до контактів комірки. Альтернативним способом реалізації структури з частинками різного легування, є конфігурація, показана на рис. 5c (Структура C). Як видно, шари частинок з різним легуванням розділені тонким проміжним середовищем. Цей шар може бути з власного кремнію. На практиці цей надтонкий шар може бути реалізований з використанням ще менших кремнієвих наночастинок. Частинки P(N)-Si в цьому випадку оточені дірковим (електронним) транспортним середовищем. Недоліком цієї структури є те, що частинки під проміжним шаром не вносять ефективного внеску в утримання світла. Однак структура дозволяє частинкам з різним легуванням формувати комірчасту структуру. Нижче ми спочатку розглянемо структуру А і дослідимо її оптичні та електричні параметри на конкретному прикладі. Далі ми розглянемо структуру C і проведемо аналогічний аналіз для визначення її електричних характеристик.

Структура А

У цьому розділі ми чисельно досліджуємо структуру A, зображену на рис. 6a. Ми також порівняємо характеристики комірки між комірками SNP з ідентичними та неідентичними P-Si НП. Як показано на рис. 6а змодельована комірка складається з двох однакових наночастинок P-Si, занурених у ГТЛ. Що стосується верхнього контакту, прозорий провідний оксид (TCO) з показником заломлення 1.8 розглядається. Ми також припустили, що між наночастинками існує ідентична площа контакту. В даному прикладі HTL є органічним полімером PEDOT:PSS, який покриває частинки товщиною \(\mathrm_\mathrm\). Дуже тонкий буферний шар. з аналогічним показником заломлення, що і TCO. також включений між HTL і TCO, щоб захистити HTL від паразитного поглинання. Зазначимо, що розчини, які складаються з нанокристалів кремнію в полімерах, нещодавно були продемонстровані для дешевих і гнучких оптоелектронних застосувань 33. Основні характеристики матеріалу та геометричні параметри нашого прикладу наведені в таблиці 1.

Враховуючи розміри, наведені в таблиці, рис. 6b порівнює фотострум \(J_\mathrm\), що генерується коміркою, як функцію розмірів частинок (всі частинки мають однаковий розмір). Ці результати порівнюються зі струмом, що генерується звичайною кремнієвою коміркою, товщина якої ідентична товщині структури на основі частинок (i.e. Товщина = \(\mathrm_\mathrm\mathrm_\mathrm\mathrm_\mathrm\) ). Як видно, запропонована комірка пропонує приблизно на 30% вищий фотострум у порівнянні з плоскою коміркою. Таким чином, незважаючи на менший об’єм поглинача, комірка на основі частинок є високоефективною для захоплення світла. Зі збільшенням розміру частинок фотострум, природно, набуває більших значень. Однак, якщо намалювати відношення фотоструму до використаного об’єму кремнію (див. рис.), то можна зробити висновок, що фотогенеровані електрони рухаються вниз, до N-Si. 6в), ми спостерігаємо тенденцію до зниження зі збільшенням розміру частинок, що свідчить про те, що комірка стає менш ефективною з точки зору витраченого поглинаючого матеріалу. На рисунку 6d показано розподіл швидкості генерації носіїв. в логарифмічному масштабі. комірки в її поперечному перерізі. Швидкість генерації вища у верхній частині кремнієвої частинки; вона також високо концентрована в основній масі частинок, а не на їхніх кордонах. Вольт-амперні характеристики комірки, отримані для різних легувань кремнієвого шару, наведено на рис. 6e. Як бачимо, зі збільшенням величини легування покращується і напруга холостого ходу.Це тому, що густина струму темнового насичення зменшується зі збільшенням легування. Це покращує ефективність комірки з 5.8% для \(\mathrm_\mathrm = 10^ \,\mathrm^\). до приблизно 11% для \(\mathrm_\mathrm = 10^ \,\mathrm^\). Незважаючи на це, струм короткого замикання залишається майже незмінним при зміні легування. Це пов’язано з тим, що структура є в основному дифузійним пристроєм. Тобто, домінуючим транспортом носіїв є дифузійний струм, в якому мінорні носії в наночастинках P-Si (i.e. фотозгенеровані електрони) рухаються вниз до N-Si. За рахунок збільшення щільності легування шару N-Si ширина збіднення стає вужчою. Однак, дрейфовий струм не є домінуючим фактором впливу на загальний струм. Тобто, незмінною залишається не тільки концентрація легування наночастинок P-Si, але й кількість фотозгенерованих електронів у частинках. При цьому струм короткого замикання помітно не змінюється.

На рисунку 6f показано розподіл повної густини струму при V = 0.41 v при \(\mathrm_\mathrm = 10^\, \mathrm^\). Крім того, стрілками показано напрямок нормованої густини струму в перерізі структури. Як видно, в місцях контакту частинок струм має критично високу щільність. до 120 \(\,\mathrm \,\mathrm^-2\); на верхній поверхні верхньої частинки струм розподілений набагато ширше з дещо вищими значеннями навколо найвищої точки.

Комерційно вироблені наночастинки навряд чи є чистими сферичними 34. Часто їх характеризують, спираючись на їх середній фізичний розмір (APS). Як наслідок, контакти між частинками є областю, а не однією точкою. Щоб врахувати це в моделюванні, ми припускаємо, що верхня і нижня області кожної частинки обрізані. Це утворює кругову зону контакту, як показано на рис. 7. Зауважимо, що при отриманні I-V характеристик ми припустили, що область контакту на верхній і нижній частині наночастинок має радіус \(r_\mathrm = 60\,\mathrm\). Коли ми зменшуємо цей інтеейс, ефективність комірки буде зменшуватися. Таблиця 2 показує зміну ефективності, напруги короткого замикання і холостого ходу в залежності від \(r_\mathrm\).

Структура С

Наступна структура в наших дослідженнях є прикладом структури С, показаної на рис. 5c, де дві наночастинки з різним легуванням осаджуються на верхній і нижній сторонах власного шару кремнію. Комірка показана на рис. 9а, а геометричні параметри разом із шаром переносу електронів (ETL), що використовувалися в моделюванні, наведені в таблиці 3. Зауважимо, що HTL подібний до структури, проілюстрованої в попередньому розділі. На рисунку 9б показано фотострум, що генерується в структурі комірки в залежності від розміру частинок кремнію; результати також порівнюються зі звичайною коміркою тієї ж товщини. Подібну до попереднього прикладу поведінку можна спостерігати для обох клітинних структур (i.e. комірка на основі частинок і звичайна комірка). З точки зору струму, що виробляється на об’єм елементарної комірки, рис. 9c показує, що менші частинки є більш ефективними, незважаючи на те, що генерують менші рівні фотоструму. Швидкість генерації елементарної комірки по перерізу на рис. 9d показує, що більшість носіїв генерується у верхній частині наночастинки і швидкість генерації досягає \(10^\frac\mathrm^3\) навколо центру частинки. Ми також подивилися на I-V характеристику структури на рис. 9e; ми припустили, що легування частинки P-Si становить \(10^\, \mathrm^\). Далі, для різних концентрацій легування частинок N-Si, отримано I-V графіки. На відміну від структури А в попередньому розділі, тут на струм короткого замикання суттєво впливає легування; при вищих легуваннях струм короткого замикання зменшується до \(15.9 \;\;\text^\). На відміну від структури А, тут є лише один шар наночастинок P-Si. Нижній шар частинок є N-Si, а між частинками затиснутий власний шар. Таким чином, пристрій, як і PIN-діод. Область виснаження тепер велика, і дрейфовий струм стає домінуючим механізмом. Зі збільшенням легування наночастинки N-Si ширина області збіднення зменшується, отже, всередині цієї області генерується менше фотоносіїв. В результаті дрейфовий струм, який є домінуючим, зменшується при збільшенні концентрації легування. Хоча напруга відкритого ланцюга збільшується за рахунок легування, загальна ефективність перетворення потужності знижується і досягає 7%. На рисунку 9f показано розподіл повної густини струму при V = 0.41 v при \(\mathrm_\mathrm = 10^\, \mathrm^\). Аналогічно рис. 6f, стрілками показано напрямок нормованої густини струму в перерізі структури. Як видно, густина струму сильно сконцентрована в центрі нижньої частинки; це пояснюється тим, що на цю частинку потрапляє набагато слабше світло і транспорт носіїв обмежений контактами частинок; на верхній поверхні верхньої частинки струм знову значно ширше розподілений по поверхні частинки.

Обговорення

Конфігурації комірок, представлені в цьому дослідженні, забезпечують покращене оптичне поглинання в текстурованій структурі за своєю природою. Цікаво, що ці особливості мають місце навіть для конфігурацій з випадковим розподілом наночастинок; це питання призводить до спрощення способу виготовлення цих ультратонких елементів. Загальна ефективність, визначена для багатошарових комірок SNP, демонструє результати, що конкурують з ефективністю комірки з нанодроту. У таблиці 4 наведені електричні параметри декількох нанодротяних сонячних елементів. З таблиці видно, що, незважаючи на досить низьку напругу відкритого ланцюга. що також характерно для нанодротяних комірок. очікувана ефективність SNP комірки є чудовою.

В той час як реалізація p-n переходу була основою для конфігурації та аналізу описаних комірок, за допомогою використання діркових транспортних полімерів, таких як PEDOT:PSS в контакті з N-Si на рис. 6a, також утворюється гібридний органічно-неорганічний перехід. Jäckle et al. продемонстрували, що такі контакти діють майже як квазі p-n перехід. 44. Виходячи з руху вільних носіїв у простому переході PEDOT:PSS/N-Si, очікується, що генеровані носії в наших дослідженнях внесуть конструктивний внесок у загальну густину струму. Інше питання стосується впливу кристалічності кремнієвих наночастинок. У моделюванні ми розглядали лише кристалічні частинки кремнію. Елементи на основі амоних наночастинок кремнію мають слабку рухливість носіїв, незважаючи на високе поглинання. Тому вони забезпечують низьку ефективність перетворення 33.

Критичною проблемою для належної функціональності запропонованих структур є вплив рекомбінації. Хоча ми включили в моделі звичайні механізми втрат, ефектом поверхневої рекомбінації було знехтувано. Далі ми окремо досліджуємо вплив цих втрат, додаючи швидкість рекомбінації на частинках, а також на лицьовій стороні кремнієвого шару в структурі A. На рисунку 11 показано вольт-амперну діаграму комірки, припускаючи розміри і властивості матеріалу, наведені в таблиці 1. Вважається, що легування частинок становить \(10^ \,\mathrm^\), а кремнієвий шар має легування \(10^ \,\mathrm^\). Як видно, при збільшенні швидкості рекомбінації до \(10^\,\mathrm^\). графік J-V залишається майже незмінним. При більших швидкостях рекомбінації зменшуються як напруга холостого ходу, так і струм короткого замикання. Через це ефективність комірки падає до 5.6% для швидкості поверхневої рекомбінації \(\mathrm = 10^\,\mathrm^\). Графік показує, що тільки при високій швидкості поверхневої рекомбінації ефективність впливає на ефективність. Це пояснюється тим, що генерація носіїв переважно зосереджена в об’ємі наночастинок, далеко від поверхні частинок; тому поверхнева рекомбінація ефективна у верхній і нижній частинах частинок, де відбувається транспорт носіїв.

Ми припустили, що ширина забороненої зони кремнію не змінюється при легуванні. При високих рівнях легування з’являється звуження забороненої зони, що обмежує приріст напруги холостого ходу 45. Крім того, ми не враховували послідовний опір у представлених електричних розрахунках, оскільки основною метою цієї роботи було запропонувати концептуальний дизайн структури, не концентруючись на конкретному контакті; очевидно, опір, який пропорційний матеріалу контакту, дещо знижує коефіцієнт заповнення, а отже, і ефективність комірки. Неминучим фактором при виборі верхнього контакту є вибір матеріалів, які перешкоджають дифузії кисню до діркового транспортного середовища і частинок кремнію. Це пов’язано з тим, що оксидний шар, який утворюється навколо наночастинок, може впливати на продуктивність комірки. Хоча тонкі шари оксиду (скажімо, менше 1 нм) можуть допомогти в пасивації висячих зв’язків на поверхні частинок, подальше збільшення товщини перешкоджає транспортуванню носіїв між частинками.

Висновок

У цій статті ми запропонували, що багатошарові наночастинки кремнію субмікронних розмірів можуть бути використані в якості поглинача ультратонкого сонячного елемента. Ми провели параметричний аналіз для вивчення поведінки поглинання стека цих розсіювачів Мі і показали, що ефективність поглинання структури є вищою при меншій кількості шарів і наближається до поглинання плоского кремнієвого шару при більшій кількості шарів. Ми показали, що при щільному розподілі наночастинок кремнію їх періодичність відіграє незначну роль у покращенні поглинання. Було введено кілька конфігурацій для пристосування цих частинок до комірки з p-n переходом. Нарешті, ми дослідили електричні характеристики вибраних прикладів і виявили, що теоретична ефективність може досягати близько 11%, що є багатообіцяючим значенням для такої ультратонкої структури. Ми показали, що включення наночастинок кремнію відповідного розміру у верхню частину коміркової структури може збільшити фотострум приблизно на 10%.

Методи

У цій статті ми чисельно дослідили оптичні характеристики запропонованого сонячного елемента з багатошаровими кремнієвими наносферами за допомогою повнохвильового моделювання в CST. Через резонансну природу сонячного елемента SNP ми використовували FDFD-розв’язувач для досягнення відповідної точності відгуку; цей розв’язувач також дозволяє вибирати кількість імітованих частот в цікавому інтервалі. Застосовано періодичні граничні умови при нормальному (або похилому, якщо потрібно) поширенні плоскої хвилі. Розраховано поглинену потужність всередині кремнієвих частин разом з відповідною швидкістю генерації. Для електричного аналізу ми моделюємо тривимірні клітинні структури в модулі Charge модуля Lumerical. Для цього кожна сфера була змодельована у вигляді стопки 3D-полігонів з малою товщиною. Отриманий рівень генерації імпортується в симуляцію. Крім того, властивості матеріалів, включаючи діелектричну проникність, легування та втрати, що зустрічаються в літературі, були розглянуті для кремнієвих, срібних та полімерних деталей.

Доступність даних

Набори даних, згенеровані та/або проаналізовані під час поточного дослідження, можна отримати у відповідного автора за обґрунтованим запитом.

Подяки

Використання сонячної енергії

Наше сонце є джерелом усього життя на Землі, тому сонячна енергія може бути корисною для нас багатьма різними способами.

Сонце створює два основних види енергії. світло і тепло. які ми можемо використовувати для багатьох видів діяльності. Вони варіюються від стимулювання фотосинтезу в рослинах до виробництва електроенергії за допомогою фотоелектричних (ФЕ) елементів і нагрівання води та їжі.

Отже, які існують способи використання сонячної енергії? Розглянемо 39 поширених способів використання сонячного світла в нашому повсякденному житті.

Домашні системи

Сонячна установка на даху може забезпечити достатню кількість енергії, щоб задовольнити потреби вашого будинку в електроенергії та опаленні, вентиляції та кондиціонуванні.

Сонячна електроенергія

Це застосування сонячної енергії набрало значних обертів в останні роки.

Оскільки вартість сонячних панелей знижується, а все більше людей дізнаються про фінансові та екологічні переваги сонячної енергії, сонячна електроенергія стає все більш доступною. Хоча це все ще крихітний відсоток електроенергії, що виробляється в Україні.S. (2.8% станом на 2021 рік), сонячна електроенергія стрімко зростає.

Технічний персонал зазвичай встановлює розподілені сонячні фотоелектричні системи на дахах будинків або підприємств. Ці сонячні енергетичні системи виробляють електроенергію, щоб компенсувати використання власником нерухомості, а надлишкову енергію надсилають в електромережу.

Сонячні батареї

Сонячна батарея може підключатися до вашої сонячної енергетичної системи. Ця установка дозволяє використовувати сонячну енергію після заходу сонця та забезпечує резервне живлення під час надзвичайних ситуацій. Деякі домовласники можуть вибрати більш автономну систему з сонячною енергією та акумулятором, але чи підійде це саме вам, залежить від кількох факторів:

• Скільки енергії ви використовуєте щодня
• Кількість сонячного світла у вашій місцевості
• Ефективність ваших панелей
• Ємність вашого акумулятора

Сонячні генератори

Під сонячним генератором зазвичай розуміють комбінацію портативних сонячних панелей, акумулятора, зарядного пристрою та інвертора. Все це складає один пристрій. генератор. З його допомогою ви можете поглинати сонячну енергію, а потім зберігати та розподіляти її за потреби.

Сонячні генератори досить поширені в кемпінгах та подорожах на човнах. Вони також виявляються неймовірно корисними в надзвичайних ситуаціях, коли вам потрібне резервне живлення, наприклад, під час широкомасштабного, тривалого відключення електроенергії.

Більше того, великий генератор (близько 20 кВт ємності) може забезпечувати енергією цілий будинок від двох до восьми годин. Але це залежить від того, скільки енергії споживає ваш будинок з точки зору освітлення, побутових приладів тощо.

Сонячна вентиляція

Рішення для сонячної вентиляції, такі як сонячні вентилятори на горищі, можуть зменшити навантаження на вашу систему опалення, вентиляції та кондиціонування, допомагаючи охолоджувати ваш будинок влітку. Це може бути хорошим варіантом, якщо ви не можете встановити сонячну фотоелектричну систему, яка компенсує все споживання електроенергії у вашому домі. Одним з інноваційних продуктів є сонячний вентилятор для даху Solatube.

Технології сонячної вентиляції також застосовуються для комерційного та промислового використання. Ці технології можуть попередньо нагрівати повітря в будівлі в холодному кліматі, що знижує витрати на електроенергію.

Сонячний нагрів води

Домовласники також можуть використовувати сонячну енергію для живлення водонагрівачів. Існує два типи сонячних систем нагріву води:

Активні сонячні водонагрівачі

Активні сонячні водонагрівачі використовують механічні циркуляційні насоси для переміщення рідини між сонячними панелями на даху та накопичувальним баком. У свою чергу, ці нагрівачі бувають двох різних типів:

• У системах прямої циркуляції насос переміщує звичайну воду у ваш будинок через сонячні колектори. Оскільки вода може замерзати, системи з прямою циркуляцією найкраще працюють у кліматі, де рідко бувають мінусові температури.
• Системи непрямої циркуляції циркулюють незамерзаючі рідини через сонячні колектори до теплообмінника. Звідти енергія передається воді, яка циркулює у вашому будинку. У кліматі з низькими температурами можна покладатися на системи непрямої циркуляції.

Пасивні сонячні водонагрівачі

На відміну від активних систем сонячних водонагрівачів, пасивні системи не мають механічних насосів. Натомість вони мають просту фізику, оскільки тепло природним чином піднімається. Не дивно, що це робить їх набагато дешевшими (хоча і менш ефективними), ніж їхні активні аналоги.

Пасивні сонячні водонагрівачі також бувають двох основних типів:

• Інтегровані колекторні системи зберігання мають сонячний колектор, інтегрований безпосередньо в бак для води, що дозволяє сонцю нагрівати бак. Ці системи добре працюють у будинках зі значними потребами в гарячій воді та в кліматі, де морози трапляються рідко.
• У термосифонних системах сонячний колектор розташований нижче накопичувального бака, що дозволяє нагрітій воді підніматися в бак. Встановлення термосифонних систем дещо складніше, оскільки вони зазвичай розташовані на даху.

Сонячне опалення будинку

Типове використання сонячних систем опалення приміщень включає живлення теплої підлоги або поєднання з системою гарячого водопостачання або гарячого повітря для обігріву будинків.

Сонячні системи гарячого водопостачання

Сонячні системи гарячого водопостачання використовують сонячні колектори для нагрівання води (або іншої рідини, наприклад, антифризу). Циркуляційні насоси переміщують воду через колектор у накопичувальний бак для подальшого використання або в теплообмінник для негайного забезпечення теплом.

Сонячні системи на основі рідини є складними, великомасштабними системами, тому промисловість частіше використовує їх для комерційного застосування. Однак вони є варіантом обігріву будинку.

Сонячні системи на гарячому повітрі

Сонячні системи гарячого повітря працюють за рахунок циркуляції повітря, нагрітого сонцем, наприклад, через стіну або дах, по всьому будинку.

Зазвичай фахівці проектують будинки, які покладаються на ці системи, з використанням сайдингу або покрівельних матеріалів, що мають відмінні властивості поглинання тепла. У системах також часто використовується циркуляційний вентилятор для розповсюдження нагрітого повітря, який і виробляє сонячну енергію.

Насоси на сонячних батареях

Деякі з наведених вище систем опалення покладаються на насос для циркуляції води. Оскільки ці насоси живляться від електромережі вашого будинку, вони, звісно, споживають енергію. І це енергія, яку ви сподівалися заощадити, встановивши систему на сонячних батареях в першу чергу.

Щоб уникнути цієї проблеми та заощадити ще більше енергії, ви можете встановити насос на сонячних батареях. Встановлення акумулятора або генератора означає, що ви можете запускати циркуляційні насоси 24/7, незалежно від сонячного світла.

Сонячне опалення для вашого басейну

Ще одне застосування сонячної енергії, особливо в південних і південно-західних регіонах України. це нагрів води в басейні.S., обігріває басейни. Системи циркулюють воду до колектора, де сонячне світло нагріває її. Потім система перекачує нагріту воду назад у басейн.

При вартості від 2 500 до 4 000 доларів США і періоді окупності від одного до семи років, система U.S. Міністерство енергетики США стверджує, що “сонячне опалення басейнів є найбільш економічно ефективним використанням сонячної енергії в багатьох кліматичних зонах”.”

Сонячне опалення для вашої гідромасажної ванни

Як і у випадку з басейнами, сонячні гідромасажні ванни працюють за допомогою сонячних колекторів.

Ви можете бути здивовані, дізнавшись, що сонячна енергія може забезпечити достатню потужність для нагрівання гідромасажної ванни. Однак сонячні вакуумні трубки стали настільки ефективними, що насправді можуть перегріти вашу ванну влітку! Щоб уникнути цього, власники будинків у теплому кліматі часто обирають плоскі панелі. вони виконують свою роботу, не виробляючи занадто багато тепла.

Звичайно, вам все одно може знадобитися додатковий нагрівач після заходу сонця, тому ми рекомендуємо, щоб ваш існуючий нагрівач та сонячний нагрівач працювали в тандемі.

Сонячне освітлення

Сонячна енергія може живити практично будь-який тип освітлення, який ви можете собі уявити.

Сонячне ландшафтне освітлення

Коли ви думаєте про сонячне освітлення, ландшафтне освітлення, ймовірно, перше, що спадає на думку.

Технології сонячного ландшафтного освітлення недорогі та легкодоступні. Ви можете знайти базові та висококласні конструкції скрізь, від місцевого будівельного магазину до інтернет-магазинів, таких як Amazon.

Ці світильники не завжди забезпечували найбільше світла, але світлодіодна технологія та вдосконалені батареї змінили цю ситуацію. Окремі освітлювальні прилади тепер забезпечують достатнє освітлення без підключення до електромережі. Кожен освітлювальний прилад має власну сонячну батарею та акумуляторну батарею, яка часто генерує достатньо енергії, щоб живити ваше світло всю ніч.

Сонячне охоронне освітлення

Світильники на сонячних батареях стали настільки надійними, що вони також є чудовим кандидатом для освітлення для домашньої безпеки.

Як і у випадку з ландшафтним освітленням, батареї, підключені до сонячних охоронних ліхтарів, зазвичай генерують достатньо енергії, щоб вистачило на всю ніч. Це особливо актуально для датчиків руху, які зберігають накопичену енергію для тих випадків, коли вона вам дійсно потрібна.

Ви навіть можете знайти варіанти потужністю до 3500 люмен. Цього світла достатньо, щоб освітити ваш відкритий простір і дати вашій родині душевний спокій. Крім того, водонепроникні функції означають, що вам ніколи не доведеться турбуватися про поломку виробу через погодні умови.

Сонячні святкові ліхтарі

Саме так. ви можете скористатися перевагами сонця під час свят за допомогою різдвяних вогнів на сонячних батареях. Зрештою, бюджет кожного відчуває себе обмеженим у цю пору року. не дозволяйте витратам на електроенергію для живлення різдвяних вогнів додавати до цього ще й витрати на електроенергію!

Good Housekeeping розглянув сім найкращих сонячних різдвяних гірлянд на 2022 рік, з варіантами від простих білих гірлянд до варіантів унікальної форми.

Внутрішнє сонячне освітлення

Якщо ви думали, що освітлення повинно бути розташоване на відкритому повітрі, щоб сонячна енергія живила його, подумайте ще раз.

Як і зовнішні сонячні ліхтарі, ці прилади для приміщень мають окремі сонячні елементи та акумулятори. Різниця полягає в тому, що ви часто можете розташувати сонячні батареї там, де вони будуть отримувати максимальне сонячне опромінення. І це означає, що вони не обов’язково розташовані в тому ж місці, що і сам освітлювальний прилад.

Варіанти варіюються від настільних ламп до підвісних світильників. Одним з особливо інноваційних способів використання сонячного освітлення в приміщенні, показаних на Mashable, є світлові ліхтарі Solatube. Додає природного світла, зменшуючи при цьому споживання енергії.

Сонячні прилади

Прилади з низьким енергоспоживанням можуть покладатися лише на сонячну енергію. Багато великих побутових приладів, таких як холодильники, пральні та сушильні машини, випускаються в енергоефективних моделях, що робить їх ідеальними для будинків на сонячних батареях.

Сонячні печі

Сонячні печі, також відомі як сонячні плити, є чудовим способом готувати їжу, коли вимикається електрика, під час кемпінгу або коли ви просто хочете заощадити на витратах на електроенергію. Вони працюють, збираючи та утримуючи теплову енергію сонця.

Наприклад, уявіть собі свій автомобіль з піднятими вікнами в спекотний сонячний день. Вікна впускають і вловлюють сонячну теплову енергію. і в результаті повітря всередині нагрівається. Не дивно, що ми часто говоримо, що в спекотні дні наші автомобілі відчувають себе як духовка!

Існують різні типи сонячних печей, і ви можете зробити більшість з них власноруч з жменьки простих матеріалів. Однак, якщо “зроби сам” не для вас, ви також можете придбати таку піч.

Сонячний кулер

Якщо ви все ще носите з собою холодильник з льодом, коли вирушаєте до парку або кемпінгу, настав час ввести вас в курс справи.

Кулери на сонячних батареях зараз є популярним продуктом. Вони гарантують, що ваша їжа залишається прохолодною довше, і усувають проблему талого льоду (і мокрих бутербродів). Переносні електростанції отримують енергію від сонячних панелей, а потім передають її охолоджувачу, коли він працює.

Ось шість найкращих варіантів холодильників на сонячних батареях у 2022 році, п’ять з яких функціонують і як холодильники, і як морозильники.

Сонячна портативна Bluetooth-колонка

Bluetooth-колонки на сонячних батареях працюють так само, як і бездротові колонки, до яких ви звикли. Різниця полягає в тому, що ви можете заряджати їх без електрики, оскільки вони мають вбудовані сонячні панелі.

Це робить сонячні колонки ідеальними для тих, хто проводить багато часу на свіжому повітрі або в дорозі, наприклад, під час кемпінгу або подорожей.

Сонячні калькулятори

Чи знали ви, що калькулятори на сонячних батареях існують з 1960-х років?? Правильно. ви, напевно, користувалися такою раніше!

Сонячні калькулятори мають крихітні сонячні елементи, встановлені на них, як правило, у верхній частині пристрою. Оскільки калькулятори потребують дуже мало енергії для роботи, сонячні елементи означають, що вам, швидше за все, ніколи не доведеться заряджати батарею.

Сонячні ліхтарики та ліхтарі

Коли вимкнеться електрика або сяде сонце, а у вас закінчаться батарейки, ви будете раді, що вибрали ліхтарик або ліхтар на сонячних батареях. Деякі з найкращих варіантів працюють до 30 годин після повної зарядки, що робить їх рятівниками в екстрених ситуаціях.

Бездротова клавіатура на сонячних батареях

Бездротові клавіатури пропонують набагато кращий досвід набору тексту, оскільки ви можете розмістити клавіатуру там, де вам найзручніше. Крім того, вам не доведеться мати справу зі шнурами.

Але коли ви будете в розпалі важливого проекту, а батареї сядуть, ви пошкодуєте, що не придбали клавіатуру на сонячних батареях. Ось 10 чудових сонячних клавіатур для вивчення.

Зарядні пристрої для сонячних батарей

У нашому підключеному світі телефони та планшети завжди з нами (і, давайте подивимося правді в очі, часто розряджаються). Портативні сонячні фотоелектричні зарядні пристрої заряджають наші персональні електронні пристрої. незалежно від того, де ми знаходимося.

Технологія інтеграції сонячних елементів у наші телефони вже існує, а в годинниках вона використовується ще з 1970-х років. Японські дослідники навіть розробили легкі, водонепроникні сонячні батареї, які ми зможемо вшивати в одяг для живлення пристроїв.

Сонячні камери безпеки

Дивно, але камери безпеки на сонячних батареях не потребують жодних проводів для роботи (на відміну від традиційних). Тож замість того, щоб підключатися до зашифрованих кабелів передачі даних, ви можете просто підключити свою сонячну камеру безпеки до Wi-Fi. А ще камери легко встановлювати. їх можна поставити практично будь-де, незалежно від того, чи є поблизу розетка, чи ні.

Батарейки не потрібні, тому вам не доведеться турбуватися про їхню заміну кожні кілька місяців. Традиційні камери часто доводиться знімати, щоб підзарядити або замінити батареї. Цей процес не тільки додає клопоту, але й перериває відеозапис.

Нарешті, камери безпеки на сонячних батареях забезпечують безперервний запис. Порівняйте це з традиційними камерами, які часто переходять у режим енергозбереження або записують лише тоді, коли виявляють рух. Якщо у вас є звичайна камера безпеки, її детектор руху повинен бути на місці. в іншому випадку ви можете мати затримки в записі (або взагалі не мати запису).

Сонячні парасольки

Сонячні панелі кріпляться до верхньої частини парасольки і заряджають вбудовану батарею, коли на неї потрапляє сонячне світло. Вночі сонячні батареї живлять світлодіодні ліхтарі на нижній стороні парасольки.

Завдяки цим парасолькам на сонячних батареях ви можете грати в карти, читати, писати і робити багато іншого вночі під освітленою стільницею у себе на задньому дворі.

Сміттєві баки для Wi-Fi на сонячних батареях

Сміттєві баки, які передають Wi-Fi, стають все більш поширеним явищем у великих містах США.S. міста. Але вони також набирають популярність на міжнародному рівні в таких місцях, як Стокгольм, Амстердам, Дублін та Гамбург.

Компанія Bigbelly, яка створює рішення для утилізації та переробки відходів у громадських місцях, заснувала “розумні” сміттєві баки Smart bins. І вони зробили великий вплив на чистоту та доступність Wi-Fi у міському житті.

Ці сміттєві баки на сонячних батареях мають вбудовані сонячні панелі, які виробляють енергію для увімкнення Wi-Fi. Тоді перехожі зможуть скористатися перевагами точок доступу Wi-Fi під час поїздок на роботу.

Звичайно, може здатися, що стояти поруч з переповненим сміттєвим баком посеред літа. не найкраща ідея. Але безкоштовний Wi-Fi ніколи не завадить. особливо, коли він працює на зеленій енергії.

Благоустрій будинку

Сонячне ландшафтне освітлення вже робить значний внесок у прикрашання вашого зовнішнього простору, але ви можете зробити ще більше, використовуючи сонячну енергію.

Прикраси для саду на сонячних батареях

Від світлових вітрових дзвіночків на сонячних батареях до барвистих садових прикрас у формі тварин, комах, квітів тощо. ви обов’язково знайдете прикраси для саду на сонячних батареях, які відповідають вашим естетичним уподобанням.

Сонячні годівниці для птахів

Як для такого простого продукту, годівниці для птахів на сонячних батареях мають приголомшливий вибір варіантів.

З іншого боку, у вас є годівниці для птахів, які по суті є зовнішніми світильниками на сонячних батареях з інтегрованими годівницями. Їхні сонячні елементи заряджають батареї вдень, а вночі вони світяться, створюючи атмосферу.

На вищому рівні. такі продукти, як Bird Buddy. Bird Buddy. це розумна годівниця для птахів з вбудованою камерою, яка може сповіщати вас про відвідувачів через додаток для смартфона. Він навіть робить і впорядковує фотографії, щоб ви могли переглядати та ділитися ними, що робить його мрією любителів птахів.

І, звичайно, його знімний дах із сонячними панелями живить всі ці функції.

Фонтан сонячної води

Що може бути більш дзенським, ніж заспокійливий звук води, що дзюрчить з фонтану у вашому саду? Приємно знати, що фонтан не збільшує ваш рахунок за електроенергію, адже він працює на енергії сонця.

І не хвилюйтеся. фонтани на сонячних батареях бувають різних стилів і розмірів, тому ви обов’язково знайдете ідеальний варіант для свого саду.

Контролери зрошення на сонячних батареях

Ми знаємо, про що ви думаєте. Таймери для поливу звучать не надто естетично, але вони допомагають зберегти ваш двір пишним, тому ми вважаємо, що вони мають значення.

Принадність контролерів спринклерів на сонячних батареях полягає в тому, що ви можете автоматизувати полив без проводки. все, що вам потрібно, це стандартний садовий шланг і джерело води.

Ось кілька найкращих варіантів, з яких можна почати.

Підводне освітлення для басейну на сонячних батареях

Більшість людей знайомі зі стандартним освітленням навколо басейну. Але інші чудові функції, які можна додати до вашого домашнього басейну. це підсвічування на його дні та боках. іншими словами, повністю занурені ліхтарі.

Протягом дня занурені ліхтарі поглинають енергію сонця, яку потім зберігають в акумуляторах. З настанням темряви ліхтарі вмикаються і додають атмосфери вашому басейну. Що може бути краще для нічного купання, ніж повністю освітлений басейн?

Пристрої на сонячних батареях

Виробники також можуть інтегрувати сонячну енергію в деякі продукти, які ви носите і використовуєте щодня. Як результат, у вас є енергія на ходу.

Сонячні годинники

Заряджання батарейок. це завжди клопітка справа, але особливо це стосується годинників. У кого є запасні батарейки від годинника?

Введіть годинник на сонячних батареях. Екологічно чисті та довговічні, сонячні годинники стають все більш популярними. І оскільки все більше годинникових брендів переходять на сонячні батареї, у вас є безліч стилів, яким можна потішити себе, починаючи від повсякденного і закінчуючи елегантним і спортивним стилем.

Сонячні рюкзаки

Ідея сонячних рюкзаків проста: Нам часто потрібно заряджати нашу електроніку. і нам не вистачає доступу до зарядки. коли ми на природі. То чому б не інтегрувати зарядний пристрій безпосередньо в предмет, яким ми всі користуємось, поки ми працюємо?

Завдяки невеликим вбудованим сонячним панелям, які зберігають енергію в акумуляторній батареї, сонячні рюкзаки. це чудовий винахід сонячної енергії, який може заряджати ваші електронні пристрої з будь-якого місця. Незалежно від того, чи є ви завзятим мандрівником, туристом, фотографом або мандрівником, вони обов’язково стануть вам у нагоді.

Сонячні Bluetooth-навушники

Дивно, але навушники Bluetooth на сонячних батареях відносно нові на ринку. Urbanista випустила пару в 2021 році, а Adidas наслідував їхній приклад у 2022 році. Обидва варіанти самозаряджаються завдяки сонячним елементам, вбудованим у наголов’я, і обидва пропонують 80 годин автономної роботи.

Навушники на сонячних батареях

У серпні 2022 року компанія Urbanista випустила бездротові навушники на сонячних батареях з технологією Powerfoyle. Крім зарядки від сонячної енергії, навушники мають функцію шумозаглушення. Але на відміну від навушників на сонячних батареях, сонячні елементи знаходяться не в самих навушниках, а в чохлі для зарядки.

Сонячна гарнітура

Компанія під назвою Blue Tiger також нещодавно випустила “першу у світі гарнітуру для зв’язку на сонячних батареях.” Гарнітура використовує технологію Powerfoyle та має мікрофон із шумозаглушенням. Коротше кажучи, у вас є безліч варіантів прослуховування на сонячних батареях.

Велосипедний шолом на сонячних батареях

Сонячна енергія досягла значних успіхів в індустрії активного відпочинку, тому не дивно, що ви можете купити велосипедні шоломи на сонячних батареях. Але потужність їхніх батарей може вас здивувати.

Деякі варіанти, такі як Omne Eternal від POC, просто генерують енергію для живлення заднього ліхтаря для безпеки. Однак шолом ESUB Tracks від WertelOberfell йде набагато далі:

• Він живить вбудовані “динаміки кісткової провідності”, які посилають звук (або вібрації) через кістки біля вух, а не всередину вух. А це означає, що ви можете спокійно слухати музику, не втрачаючи можливості чути інші звуки.
• Вона живить технологію, необхідну для автоматичного припасування шолома до вашої голови. вам не доведеться нічого регулювати вручну.

Сонячний текстиль

Сонячний текстиль, можливо, ще не з’явився на ринку, але він у процесі розробки. І вони, безумовно, представляють інноваційне нове використання сонячної енергії.

Вчені працюють над тим, щоб вплітати сонячні елементи в такі тканини, як одяг, автомобільні сидіння, штори та намети. У жовтні 2022 року дослідники з Університету Ноттінгем Трент довели, що ці текстильні вироби можуть заряджати такі пристрої, як мобільні телефони та смарт-годинники. Вони вважають, що електронний текстиль “має потенціал змінити ставлення людей до технологій”, і ми з ними згодні.

Сонячний транспорт

Сонячна енергія трансформує транспортну сферу. від житлового до громадського та комерційного використання.

Домашня сонячна зарядка для електромобілів

Електромобілі (EV) стають дедалі популярнішими, а їхні продажі становлять 5.6% всього автомобільного ринку на кінець 2022 року. в порівнянні з 2.7% на кінець 2021 року. Зі зростанням популярності електромобілів люди потребують екологічно чистого способу їх зарядки.

Ось тут і з’являється домашня сонячна зарядка для електромобілів. Встановлення сонячних панелей для зарядки електромобіля означає, що ви можете уникнути отримання енергії з електромережі. і, таким чином, значно заощадити на рахунках за електроенергію.

Сонячні навіси для автомобілів

Ви можете живити свій електромобіль за допомогою існуючої сонячної установки на даху, але деякі домовласники будують сонячні навіси для автомобілів спеціально для живлення своїх електромобілів (EV). Як додаткова перевага, ці конструкції захищають ваш електромобіль (і ваші інвестиції) від негоди.

Пересувні будинки на сонячних батареях та крихітні будинки

Крихітні будинки є чудовими кандидатами на сонячну енергію, оскільки вони мають менші потреби в енергії. У них менше місця для речей, які потребують електроенергії.

Крім того, деякі будинки на колесах сумісні з сонячними системами. Однак, якщо ваш будинок на колесах розташований у громаді, яка використовує власну септичну систему або працює від електромережі, вам слід проконсультуватися з асоціацією власників, перш ніж рухатися далі.

Громадська сонячна зарядка для електромобілів

Ми вже говорили про домашні сонячні зарядки для електромобілів, але існують також громадські зарядні станції для електромобілів на сонячних батареях. Ці станції ідеально підходять для швидкої зарядки під час руху. Ви часто знайдете їх в парі з парковками, щоб водії могли заряджати свої транспортні засоби під час стоянки.

Парковки на сонячних батареях

Як випливає з назви, парковки на сонячних панелях. це, по суті, парковки, покриті сонячними панелями. Хоча на автостоянках можуть використовуватися наземні системи, вони, як правило, використовують конструкції автостоянок, щоб звільнити наземний простір для транспортних засобів.

Парковки, покриті сонячними батареями, стають все більш популярними завдяки багатьом перевагам, які вони надають. Ці переваги включають зарядку припаркованих транспортних засобів і навіть забезпечення енергією навколишніх будівель.

Сонячні навіси для автобусних зупинок

Ви також можете знайти сонячну енергію в громадському транспорті через сонячні автобусні зупинки.

Сонячні автобусні зупинки мають сонячні панелі, встановлені або на даху зупинки, або поруч. Вони генерують енергію для реклами та освітлення, а пасажири можуть заряджати невеликі пристрої. Такі варіанти від EnGoPlanet навіть мають вбудовану лавку та станцію для зарядки телефону.

З такими перевагами очікування автобуса здається не таким вже й страшним.

Сонячні лавки

Сонячні лавки використовують ту ж концепцію, що і сонячні автобусні зупинки, і застосовують її до лавок, які використовуються в парках, аеропортах і практично скрізь, де люди сидять. Як і сонячні автобусні зупинки, сонячні лавки забезпечують місце для відпочинку та зарядки телефонів, а також освітлення після заходу сонця.

Вуличні ліхтарі на сонячних батареях

Сонячні вуличні ліхтарі відіграють важливу роль у громадському транспорті, особливо в районах без надійного доступу до електромережі. Ці ліхтарі дають таким ділянкам альтернативне джерело енергії. І це не тільки підвищує безпеку та спокій, але й зменшує міські рахунки за електроенергію.

Звичайно, ви також можете придбати сонячний вуличний ліхтар для власного під’їзду або вулиці.

Сонячна енергія для промисловості

Сонячна енергія має практично безмежний потенціал у промисловому застосуванні, особливо в галузях з високими вимогами до обладнання та потребами в електроенергії. Забезпечення цих потреб за допомогою сонячної енергії може зіграти значну роль у зниженні витрат і поліпшенні фінансових результатів.

Інструменти, товари та станції для відпочинку на свіжому повітрі

Намети на сонячних батареях

Сонячні намети схожі на звичайні намети, з однією ключовою відмінністю. Ви вгадали: Вони працюють на сонячних батареях. Вони мають спеціально розроблені сонячні панелі на зовнішній стороні, щоб генерувати енергію для пристроїв.

Якщо вам потрібно зарядити телефон, ноутбук, цифрову камеру, портативну колонку, планшет або інший пристрій, ви можете використовувати енергію, яку генерує ваш намет.

Однак, якщо деякі з ваших пристроїв вже працюють на сонячних батареях (наприклад, прилади та носимі пристрої, про які ми згадували раніше), то ви матимете більше сонячної енергії для пристроїв, які потребують зовнішніх джерел живлення!

Питна вода на сонячних батареях

Уявіть, що ви можете виробляти власну воду. ну, щось на кшталт того. За допомогою гідропанелей Source ви можете по суті генерувати власну воду з повітря (і сонячного світла).

Професіонал може встановити цю захоплюючу, але дорогу технологію в житлових будинках, на комерційних об’єктах, у школах тощо. Люди також використовують його як приставку до велосипеда для професійних спортсменів та любителів під час тренувань.

Технологія працює за рахунок поглинання сонячного світла через сонячні елементи в панелях. Потім вироблена енергія охолоджує повітря настільки, щоб перетворити його на воду. З такою інновацією мати чисту, доступну питну воду за будь-яким бажанням. не така вже й далека реальність!

Сонячний кінотеатр

Сонячні кінотеатри. ще одне чудове використання сонячної енергії. Оскільки кінотеатри трохи енергоємні, той факт, що сонячна енергія може повністю забезпечити їх енергією, є великим плюсом.

Наприклад, кінотеатр Sol Cinema (розташований у Південному Уельсі) повністю працює на сонячних батареях. Однак це також найменший кінотеатр у світі!

Він може вмістити аудиторію з восьми дорослих, які насолоджуються послугами швейцара, червоною доріжкою та попкорном.

Інтернет-кафе на сонячних батареях

На щастя, інтернет-кафе на сонячних батареях знаходяться на підйомі. і ZubaBox є важливою частиною цього міксу.

ZubaBox. це інтернет-кафе на сонячних батареях, побудоване з морських контейнерів. Винахідники привезли її до Кенії, де відбулася прем’єра в Какумі.

Зараз кафе ZubaBox прокладають собі шлях до місць по всій Африці завдяки партнерству між AMREF та U.K.-зареєстрована благодійна організація Computer Aid International.

Сферичний генератор сонячної енергії

Бета-промінь.ray, винахід архітектора Андре Брозелла, проливає світло на новий спосіб виробництва сонячної енергії.

Масивний пристрій включає в себе високий фундамент з кришталевою кулею, яка функціонує як гібридний колектор. Глобус відстежує і рухається разом із сонцем, і він може концентрувати як сонячне, так і місячне світло майже в 10 000 разів інтенсивніше, ніж традиційні сонячні пристрої.

Незалежно від того, чи поглинає він світло в найсонячніший час доби, рано вранці, пізно ввечері, під час похмурої погоди або в дощові дні, він вичавлює максимум енергії з кожного променя.

Майбутнє на сонячних батареях: Незліченні способи використання сонячної енергії

Відновлювана енергія вже стає звичною частиною нашого життя. Інновації продовжуватимуть стимулювати розвиток нових технологій сонячної енергетики, які покращують наше повсякденне життя і сприяють створенню більш чистого світу.

Скільки ще способів використання сонячної енергії чекає на нас у майбутньому? Ми з радістю дізнаємося!

Сім поширених запитань про використання сонячної енергії

Які основні способи використання сонячної енергії?

Основними видами використання сонячної енергії є сонячна фотоелектрика (PV) для виробництва електроенергії, сонячне опалення та охолодження (SHC) та концентрована сонячна енергія (CSP). Люди в основному використовують системи SHC для нагрівання або охолодження води та приміщень (наприклад, вашого будинку). Системи CSP використовують відбиваючі пристрої для концентрації сонячної енергії і в основному продаються комунальним підприємствам.

П’ять способів використання сонячної енергії?

П’ять основних видів використання сонячної енергії. це сонячна електроенергія, сонячний нагрів води, сонячне опалення, сонячна вентиляція та сонячне освітлення. Існує більше способів використання сонячної енергії, але домашні сонячні установки та підприємства зазвичай використовують сонячну енергію для цих цілей.

Для чого використовується сонячна енергія?

Сонячна енергія використовується для виробництва електроенергії, нагрівання води, опалення, сонячної вентиляції, сонячного освітлення, портативних сонячних батарей (для персональних електронних пристроїв) та сонячного транспорту (для електромобілів).

Де найбільше використовується сонячна енергія?

Китай використовує найбільше сонячної енергії. Країна має найбільший парк сонячних електростанцій, який генерує близько 205 ГВт енергії. До 2060 року Китай має намір повністю нейтралізувати викиди вуглекислого газу.

Що таке сонячна енергія та приклади її використання?

Сонце створює два основних види сонячної енергії. світло і тепло, які люди можуть використовувати різними способами. Наприклад, деякі електромобілі (EV) використовують сонячну фотоелектричну (PV) енергію для зарядки своїх батарей замість того, щоб покладатися на бензин. Іншим прикладом є використання сонячного водонагрівача для нагрівання води у вашому басейні або води, яку ви використовуєте в будинку через кран раковини або душ.

Де використовується сонячна енергія в Україні.S.?

Сонячна енергія використовується по всьому світу.S., але найбільш поширена вона в штатах Каліфорнія, Техас і Північна Кароліна. Каліфорнія використовує найбільше сонячної енергії, лише у 2020 році тут було вироблено понад 29 000 мегават електроенергії. Частково це пов’язано із законом Каліфорнії від 2018 року, який вимагає від одно- та багатоквартирних будинків, а також комерційних будівель встановлювати сонячні панелі, починаючи з 2020 року.

Які п’ять переваг сонячної енергії?

П’ять основних переваг сонячної енергії включають економію коштів на щомісячних рахунках за електроенергію, покращення якості місцевого повітря, збільшення вартості перепродажу вашого будинку, підвищення стійкості електромережі та надання вам шляху до енергетичної незалежності.

Чому сонячна енергія є найкращим енергетичним рішенням?

Сонячна енергія є найкращим енергетичним рішенням, оскільки вона повністю відновлювана, на відміну від традиційної енергетики. Це означає, що він доступний щодня, і люди в будь-якій точці світу можуть ним скористатися. Сонячної енергії багато, і вона приносить користь навколишньому середовищу та здоров’ю людей, суттєво скорочуючи викиди вуглекислого газу. Сонячні проєкти також краще використовують недовикористані землі, наприклад, за допомогою агровольтаїчного сільського господарства.

У чому полягають чотири переваги сонячної енергії?

Чотири основні переваги сонячної енергії полягають у тому, що вона значно зменшує ваші щомісячні рахунки за комунальні послуги, покращує якість повітря завдяки нульовим викидам вуглецю, підвищує вартість перепродажу вашого будинку та зменшує залежність від місцевих електромереж.

Що таке сонячна енергія та які її переваги?

Сонячна енергія. це променисте сонячне тепло і світло, які люди використовують за допомогою різних технологій. Переваги сонячної енергії включають нижчі щомісячні рахунки за електроенергію, покращення якості місцевого повітря та вищу вартість перепродажу будинків. Це також робить електромережу більш стійкою, забезпечує хеджування зростаючих витрат на електроенергію та пропонує енергетичну незалежність.

Як сонячна енергія допомагає довкіллю?

Сонячна енергія допомагає навколишньому середовищу, зменшуючи викиди вуглецю і метану та зменшуючи забруднення ґрунту і повітря. Сонячна енергія також допомагає зменшити використання води і не забруднює землю, річки чи будь-які природні водойми.

Що таке сонячна система вентиляції?

Сонячна вентиляційна система. це сонячний колектор або сонячна стіна, яка нагріває повітря перед тим, як воно потрапляє в будівлю або іншу споруду. Сонячні вентиляційні системи. це стійкий та ефективний спосіб зниження енергоспоживання та витрат будівлі за рахунок відновлюваних джерел енергії.

Які є джерела сонячної енергії?

Люди отримують сонячну енергію повністю від сонця. Вони можуть використовувати її різними способами, використовуючи такі технології, як сонячна фотоелектрична (PV), сонячна теплова та сонячне опалення.

Чому сонячна енергія важлива?

Станом на 2022 рік сонячна енергія є найпоширенішим відновлюваним джерелом енергії на планеті. Вона невичерпна, на відміну від традиційних джерел енергії з викопного палива, які шкідливі для навколишнього середовища і здоров’я людей.

Ми поважаємо ваше приватне життя. Ваша інформація буде використана лише для зв’язку з вами та для кваліфікації вашого даху для сонячних панелей.Натискаючи кнопку “Зв’язатися зі мною”, ви дозволяєте Freedom Solar телефонувати вам та надсилати заздалегідь записані повідомлення та текстові повідомлення на номер, який ви ввели вище, за допомогою автодозвону, з пропозиціями про їхні продукти або послуги, навіть якщо ваш номер телефону є мобільним або знаходиться в будь-якому національному або державному списку “Не дзвонити”. Можуть застосовуватися тарифи на повідомлення та передачу даних. Ваша згода тут не пов’язана з умовою купівлі.

Сонячні елементи

Сонячні елементи. це напівпровідникові діоди великої площі. Завдяки фотоелектричному ефекту енергія світла (енергія фотонів) перетворюється в електричний струм. На p-n переході створюється електричне поле, яке призводить до поділу носіїв заряду (електронів і дірок). При падінні потоку фотонів на напівпровідниковий матеріал вивільняються електрони, якщо енергія фотонів достатня. Контакт з сонячним елементом здійснюється за допомогою металевих контактів. Якщо ланцюг замкнутий, тобто підключено електричне навантаження, то протікає постійний струм. Енергія фотонів надходить у пакетах, які називаються квантами. Енергія кожного кванта залежить від довжини хвилі видимого світла або електромагнітних хвиль. Електрони вивільняються, проте електричний струм протікає тільки в тому випадку, якщо енергія кожного кванта більша за WL. WV (межі валентної та провідної зон). Зв’язок між частотою та енергією падаючих фотонів такий:

h. Постійна Планка (6,626-10.34 Джс), μ. частота (Гц)

Кристалічні сонячні елементи

Серед усіх видів сонячних елементів ми описуємо лише кремнієві сонячні елементи, оскільки вони є найбільш широко використовуваними. Їх ефективність обмежена кількома факторами. Енергія фотонів зменшується при більших довжинах хвиль. Найбільша довжина хвилі, коли енергія фотона все ще достатньо велика для утворення вільних електронів, становить 1.15 мкм (справедливо тільки для кремнію). Випромінювання з більшою довжиною хвилі спричиняє лише нагрівання сонячного елемента і не виробляє електричного струму. Кожен фотон може викликати утворення лише однієї електронно-діркової пари. Тому навіть при менших довжинах хвиль багато фотонів не створюють електронно-діркових пар, але вони впливають на підвищення температури сонячного елемента. Найвища ефективність кремнієвих сонячних елементів становить близько 23 %, у деяких інших напівпровідникових матеріалів. до 30 %, що залежить від довжини хвилі та напівпровідникового матеріалу. Власні втрати спричинені металевими контактами на верхній стороні сонячного елемента, опором сонячного елемента та відбиттям сонячного випромінювання на верхній стороні (склі) сонячного елемента. Кристалічні сонячні елементи зазвичай являють собою пластини, близько 0.3 мм завтовшки, випиляні зі злитка Si діаметром від 10 до 15 см. Вони генерують приблизно 35 мА струму на см2 площі (разом до 2 А/елемент) при напрузі 550 мВ при повному освітленні. Лабораторні сонячні елементи мають ефективність до 30 %, а сонячні елементи класичного виробництва. до 20 %.

Пластини та кристалічні сонячні елементи (завдяки: SolarWorld)

Амоні сонячні елементи

Ефективність амоних сонячних елементів зазвичай становить від 6 до 8 %. Термін служби амоних елементів коротший за термін служби кристалічних елементів. Амоні елементи мають густину струму до 15 мА/см2. і напруга елемента без підключеного навантаження, що дорівнює 0.8 В, що більше у порівнянні з кристалічними елементами. Їх спектральний відгук досягає максимуму на довжинах хвиль синього світла, тому ідеальним джерелом світла для амоних сонячних елементів є люмінесцентна лампа.

Поверхня різних сонячних елементів, як видно через мікроскоп (люб’язно надано: Helmholtz-Zentrum Berlin)

Моделі сонячних елементів

Найпростіша модель сонячного елемента складається з діода і джерела струму, з’єднаних паралельно. Струм джерела струму прямо пропорційний сонячному випромінюванню. Діод являє собою PN-перехід сонячного елемента. Рівняння ідеального сонячного елемента, яке представляє ідеальну модель сонячного елемента, має вигляд:

IL. струм, що генерується світлом [1] (А), Is. зворотний струм насичення [2] (А) (приблизний діапазон 10.8 А/м 2 ) В. Напруга на діоді (В), В. теплова напруга (див. рівняння нижче), VT = 25.7 мВ при 25°C n. коефіцієнт ідеальності діода = 1. 2 (n = 1 для ідеального діода)

Теплову напругу VT (В) можна розрахувати за допомогою наступного рівняння:

k. Постійна Больцмана = 1.38-10.23 ДЖ/К, Т. температура (K) q. заряд електрона = 1.6-10.19 As

РИСУНОК 1: Ідеальна модель сонячного елемента

РИСУНОК 2: Реальна модель сонячного елемента з послідовним і паралельним опором [3] Rs і Rp, внутрішній опір призводить до падіння напруги і паразитних струмів

Робоча точка сонячного елемента залежить від навантаження та сонячного випромінювання. На малюнку можна побачити вольтамперні характеристики при короткому замиканні та розімкнутому ланцюзі. Дуже важливим моментом в I-U характеристиках є точка максимальної потужності, MPP. На практиці ми рідко можемо досягти цієї точки, тому що при більшому сонячному опроміненні навіть температура елемента збільшується, а отже, зменшується вихідна потужність. Паразитні опори послідовних і паралельних елементів впливають на нахил кривої I-V. Як міра якості сонячного елемента використовується коефіцієнт заповнення FF. Його можна розрахувати за допомогою наступного рівняння:

IMPP. Струм MPP (А), VMPP. Напруга МРС (В) Isc. струм короткого замикання (А), Voc. напруга холостого ходу (В)

У випадку ідеального сонячного елемента коефіцієнт заповнення є функцією параметрів відкритого контуру і може бути розрахований наступним чином:

Де voc. нормалізована напруга Voc (В), розрахована за рівнянням нижче:

k. Постійна Больцмана = 1,38-10.23 ДЖ/К, Т. температура (K) q. заряд електрона = 1,6-10.19 As, n. коефіцієнт ідеальності діода (-) Voc. Напруга холостого ходу (В)

Для детального чисельного моделювання слід використовувати більш точні моделі, такі як модель з двома діодами. Для додаткових пояснень і подальшого опису моделей сонячних елементів, будь ласка, зверніться до літератури нижче.

Характеристики сонячних елементів

Зразки сонячних елементів I-V і енергетичні характеристики представлені на малюнках нижче. Типовими точками на характеристиках сонячних елементів є точки холостого ходу (коли навантаження не підключено), короткого замикання і точки максимальної потужності. Представлені характеристики були розраховані для сонячного елемента з наступними даними: Voc = 0,595 мВ, Isc = 4,6 А, IMPP = 4,25 А, VMPP = 0,51 В, і температурний коефіцієнт PMPP γ =.0,005 %/K. Використано алгоритм розрахунку, представлений в книзі Photovoltaik Engineering (Wagner, див. джерела).

РИСУНОК 3: I-V характеристики сонячного елемента для різних значень опромінення

РИСУНОК 4: Енергетичні характеристики сонячних елементів для різних значень опромінення

РИСУНОК 5: Залежність I-V характеристик сонячного елемента від температури

РИСУНОК 6: Залежність енергетичних характеристик сонячних елементів від температури

[1]	Іноді також використовується термін фотострум IPh.
[2]	Іноді також використовується термін темний струм Io.
[3]	Для паралельного опору також використовується шунтуючий резистор Rш.

Інструменти моделювання

Відкрита платформа для аналізу фотовольтаїки. Open Photovoltaics Analysis Platform (OPVAP). це група програмного забезпечення, що використовується в області сонячних елементів, яка включає аналіз експериментальних даних, розрахунок оптимальної архітектури на основі ваших матеріалів, і навіть деякі інструменти для дослідників, такі як PicureProcess.

Модель органічного фотоелектричного пристрою. Модель органічних фотоелектричних пристроїв (OPVDM). це безкоштовна 1D модель дрейфової дифузії, спеціально розроблена для моделювання об’ємних гетероперехідних органічних сонячних елементів, таких як ті, що базуються на системі матеріалів P3HT:PCBM. Модель містить як електричний, так і оптичний розв’язувач, що дозволяє моделювати як вольт-амперні характеристики, так і оптичний модальний профіль в пристрої. Модель та її простий у використанні графічний інтеейс доступний як для Linux, так і для Windows.

Інші технології. Посилання

NanoFlex Power. гнучкі органічні сонячні елементи.

енергія спіралі. технологія сферичних сонячних елементів.

Сферичний сонячний генератор

Сферичний сонячний електрогенератор: Це прототип, створений компанією “Rawlemon”, який називається BETA RAY, Сферичний сонячний генератор використовує двовісну систему відстеження, скляна куля концентрує розсіяне сонячне світло на невеликій сонячній панелі з невеликою поверхнею.

Перш ніж перейти до сферичного сонячного електрогенератора, давайте поговоримо про Сонце загалом:

Сонце життєво необхідне для життя на землі, воно запускає фотосинтез і рослини ростуть. Пізніше ці рослини висмоктують вуглекислий газ і виробляють для нас кисень і навпаки.

Сонце дає нашій планеті необхідне тепло, воно забезпечує випаровування, а отже, кругообіг води.

Сонце. чудове джерело енергії для нашої планети, і люди це знають.

Ми намагалися вловити сонячне світло для виробництва тепла та електроенергії.

Протягом останніх 50 років ми намагаємося використовувати сонячну енергію за допомогою фотоелектричних панелей.

Але Земля обертається навколо Сонця, і жорсткі панелі втрачають більшу частину своєї ефективності.

Сферичний сонячний електрогенератор

Для того, щоб слідувати за шляхом Сонця, ми винайшли систему відстеження (подвійна вісь). Система стеження корисна, але вона дорога і вразлива до суворої атмосфери, наприклад, сильного вітру.

Сферичний сонячний генератор винахід німця, архітектора Андре Бросселя

Одного разу у німецького архітектора Андре Бросселя виникла ідея сфокусувати енергію сонця на меншій поверхні з більшою ефективністю за допомогою скляної сфери з подвійною системою стеження, що використовує розсіяні промені сонця.

Це робить її більш ефективною, тому що вони використовують менше поверхні, виробляють більше енергії і слідують за Сонцем за допомогою двоосьової системи відстеження. Він прозорий і гарантує відсутність впливу погодних умов, оскільки має міцну основу та корпус, він повністю інтегрований у будівлю.

За більш ніж два роки нелегких випробувань Андре Броссель (винахідник і засновник компанії Rawlemon) знайшов ідеальну форму сферичного сонячного генератора з подвійною системою відстеження.

Робота сферичного сонячного електрогенератора

Сферичний сонячний генератор

• Сферичний сонячний генератор може працювати як на розсіяних, так і на прямих променях сонця.
• Розсіяні промені сонця спрямовуються на кульову лінзу, а кульова лінза фокусує розсіяні промені на колекторну пластину.
• Ця колекторна пластина невелика, але така ж потужна, як і велика фотоелектрична панель.
• Зібрана енергія буде перетворена в електрику за допомогою цієї меншої фотоелектричної панелі і буде спрямована до акумулятора.
• Сферичний сонячний генератор має двоосьову систему відстеження з мікросистемою відстеження,
• як сферичний сонячний генератор, так і система стеження несприйнятливі до погодних умов, або ж вони отримають дуже незначні пошкодження у вітряну пору року.
• Зібрана енергія в акумуляторі може бути використана в електромобілях або будь-якому приладі, що працює на сонячних батареях.
• Сферичний сонячний генератор в майбутньому може легко постачати свою енергію в електромережу.
• Тепло. додаткова перевага сферичного сонячного електрогенератора.

Майбутнє сферичних сонячних електростанцій

Сферичний генератор сонячної енергії призначений для зарядки електромобілів і повністю інтегрується в будівлю та будинки. Від невеликих пристроїв, таких як мобільні телефони до кондиціонерів, сферичний сонячний генератор може забезпечити все це додатковим теплом для будинків.

Завдяки технології сонячних дахів TESLA та винаходам електромобілів, Сферичний сонячний електрогенератор більш ніж кваліфікований, щоб конкурувати з Tesla, яка є однією з найбільших енергетичних і технологічних компаній у світі.

Сферичний сонячний генератор. це прозоре майбутнє світу щодо глобального енергетичного балансу завдяки своїй ефективності.

низький вуглецевий слід, менша площа, система відстеження сонця та міцна конструкція.

Сферичний сонячний генератор з’явиться на ринку через кілька років, і ми очікуємо, що він буде дешевшим, ніж звичайний набір фотоелектричних панелей.

Бета-промінь

За даними винахідника і засновника компанії Rawlemon Андре Бросселя:

“Бета-версія. Ray поставляється з гібридним колектором для одночасного перетворення щоденної електричної та теплової енергії.

При зменшенні площі кремнієвого елемента до 25% при еквівалентній вихідній потужності за рахунок використання нашого ультрапередавального концентратора з точковим фокусуванням Ball Lens, він працює з рівнем ефективності майже 57% в гібридному режимі. У нічний час кульова лінза може перетворюватися на потужну лампу для освітлення вашого місця розташування, просто використовуючи кілька світлодіодів. Станція призначена для роботи в автономних умовах, а також для доповнення споживання будівель електроенергії та теплових контурів, таких як гаряча вода.”

Застосування сферичного сонячного генератора:

Існує багато застосувань, для яких можна використовувати сферичний сонячний генератор, ось деякі з них:

• Зарядні станції для електромобілів
• Вікна, що виробляють енергію
• Автономні електрогенератори
• Гібридні електростанції
• Бета-промені також можуть заряджати мобільні телефони.Сферичний сонячний генератор
• Інтеграція в стіни будівель тощо.

ВИСНОВОК

Сферичний сонячний генератор звучить як футуристична технологія і дивовижна ідея, яка має великий потенціал, щоб допомогти нам перейти від брудного палива (викопного палива) до повністю відновлюваної енергії.

Він все ще потребує досліджень та коштів для вивчення BETA.RAY та поведінки Сонця, ми всі можемо допомогти або підтримати Андре Бросселя та компанію RAWLEMON, щоб завершити їх дослідження бета-версії. Промінь і сферичний сонячний генератор стають реальністю.

Сферичний сонячний генератор може працювати і вночі.

Сферичний сонячний генератор Андре Бросселя у номінаціях на премію World technology award.

Посилання

[5] Засновник і винахідник Rawlemon Андре Броссель

Справжня відповідь на питання “Як довго працюють сонячні панелі?

Нові технології та масштаби виробництва зробили високопродуктивні сонячні панелі доступнішими, ніж будь-коли. Але що визначає фактичний термін служби вашої зеленої енергетичної установки?

Якби ми могли вловлювати лише одну годину сонячної енергії, яка потрапляє на Землю щороку, кожен галон нафти, кожен шматок вугілля і кожен кубічний фут природного газу можна було б залишити в землі.

Вартість сонячних панелей впала на 99% з 1977 року, що зробило сонячну енергію більш доступною для багатьох людей. Однак для багатьох домовласників масив сонячних панелей все ще залишається значною інвестицією, навіть з урахуванням чистого обліку та федеральних знижок.

Ось чому я часто чую питання про те, як довго служать сонячні панелі і що можна зробити, щоб збільшити термін їх служби.

Як довго служать сонячні панелі?

За даними Федеральної торгової комісії, сонячні панелі служать близько 20 років.

Але це не все, що потрібно знати.

Точна цифра буде залежати від декількох факторів, таких як тип панелі, спосіб встановлення системи, клімат, в якому ви живете, і технічне обслуговування.

Хороша новина полягає в тому, що при належному обслуговуванні ваша панель може працювати до 40-50 років. Читайте далі, щоб дізнатися, як ви можете зробити так, щоб ваша панель прослужила стільки ж.

В основному ми навчилися здешевлювати [сонячні] модулі набагато швидше, ніж навчилися їх дешевше встановлювати. Зараз модуль. це лише невелика частина загальної ціни.

Зак Холман, доцент кафедри електротехніки, Університет штату Арізона

Яка швидкість деградації сонячних панелей?

Коефіцієнт деградації сонячних панелей в середньому дорівнює 0.5% на рік.

Це швидкість, з якою ефективність вашої панелі знижується з часом.

По суті, вона показує якість вашої панелі. чим менший показник, тим довше ваша панель зберігатиме свої властивості.

Коефіцієнт деградації 0.5% на рік означає, що після стандартного 25-річного гарантійного обслуговування ваша система сонячних панелей забезпечить 87.5% свого заводського виробництва.

Однак, такі виробники, як SunPower, досягли рівня деградації, який дорівнює 0.3% на рік. Це означає, що через 25 років ваша панель буде працювати на 92.5% від початкової потужності.

Не надто погано для того, що дає вам безкоштовну енергію.

Пов’язані статті:

Поради, як подовжити термін служби сонячних панелей

Друзі та колеги, які цікавляться сонячною енергетикою, майже завжди запитують мене про таке: Чи можна зробити так, щоб сонячні панелі служили довше??

І моя відповідь завжди “так”, безумовно, можна зробити так, щоб сонячні панелі служили довше. Ви можете досягти цього, зробивши ці 5 речей:

Регулярно перевіряйте та обслуговуйте свої панелі

Розбите скло, потріскані панелі та ослаблені з’єднання. це три основні проблеми, які можуть виникнути з вашими панелями протягом багатьох років.

Електричні несправності виявити складніше, але якщо ви підозрюєте, що з вашою сонячною системою щось не так, попросіть компанію перевірити вихідну потужність.

Якщо ви бачите велику різницю в порівнянні з тим же місяцем у попередні роки, можливо, ви маєте справу з електричною проблемою.

Заміна інверторів через 10 років

Несправні інвертори спричиняють збої в роботі системи набагато частіше, ніж самі панелі. Типовий сонячний інвертор має термін служби 10-15 років, з 5-10 роками гарантії.

Це означає, що вам потрібно буде замінити інвертор набагато раніше, ніж ваші панелі. Сьогодні багато домовласників обирають мікроінвертори, оскільки вони можуть прослужити 25 років. це майже стільки ж, скільки і якісні панелі.

Обслуговування та заміна батарей

Якщо у вас великий банк батарей, періодично обертайте їх. Це робиться для того, щоб кожна батарея отримувала однакову кількість заряду, що продовжить термін її служби.

Ви також можете покращити їх зарядку, використовуючи великі кабелі для акумуляторів, які мають менший опір.

Нарешті, ніколи не залишайте батареї незарядженими на тривалий час, оскільки це може зменшити їхню ємність.

Тримайте панелі подалі від сміття та інших матеріалів, які можуть їх пошкодити

Хоча якісні сонячні панелі витримують сильний вітер, сильний сніг і навіть град розміром з дюйм, що падає зі швидкістю близько 50 миль на годину, вам все одно потрібно постійно тримати їх у чистоті. [1]

Крім того, їх завжди краще мити вранці до того, як вони нагріються, щоб вони не потріскалися.

Ваші сонячні панелі прослужать довше і працюватимуть з максимальною ефективністю, якщо ви також регулярно видалятимете з них пил, листя, пилок і пташиний послід. Перегляньте відео нижче, щоб дізнатися, як це зробити.

Працюйте з надійним постачальником сонячних панелей

Ймовірно, одна з найкращих речей, яку ви можете зробити для того, щоб ваша сонячна батарея прослужила довше. це знайти надійного постачальника на самому початку. Дві найпопулярніші та найнадійніші компанії в цій галузі. SunPower та Jackery.

Який тип сонячних панелей служить найдовше?

Як монокристалічні, так і полікристалічні кремнієві сонячні панелі служать довго, з термінами служби, які виходять за рамки 25-річної гарантії. Однак, в обох випадках є свої плюси і мінуси.

Спочатку давайте подивимося, як їх можна відрізнити.

Монокристалічні кремнієві панелі. найефективніший тип панелей для збору сонячної енергії. [2] Вони темні, з сонячними елементами у формі квадратів зі зрізаними кутами.

Однак їх висока ефективність коштує недешево, оскільки вони, як правило, дорожчі за полікристалічні панелі.

Монокристалічні кремнієві панелі

За даними Федеральної торгової комісії, сонячні панелі служать близько 20 років. Хороша новина полягає в тому, що при належному обслуговуванні ваша панель може працювати до 40-50 років.

Полікристалічні кремнієві панелі

Панелі з полікристалічного кремнію, з іншого боку, мають синій колір. Вони виглядають так, ніби всередині у них блискуче конфетті, а насправді це кристали кремнію.

Між цими кристалами є проміжки, які “затримують” частину електронів, що робить ці панелі менш ефективними, ніж їх монокристалічні аналоги.

Що робить ваші сонячні панелі менш ефективними?

На даний момент ви вже повинні знати дещо про вибір панелі, яка прослужить довго. Тепер давайте подивимося, як довго працюють сонячні панелі в умовах, які ви не можете контролювати.

Тепло

Висока температура може спричинити появу тріщин, через які всередину потрапляє волога. Волога є великою проблемою, оскільки вона не тільки зменшує вихід енергії з вашої панелі, але й збільшує швидкість її деградації.

В екстремальних випадках тепло може знебарвити панель, що робить всю вашу сонячну енергетичну систему менш ефективною.

Вітер

Сильний вітер може викликати вібрацію всієї конструкції, послаблюючи кріплення, які утримують різні частини вашої сонячної системи разом. Ці вібрації вітру так само шкідливі для ваших панелей, як і вібрації, спричинені будь-яким механізмом.

Дощ

Якщо ваша сонячна батарея встановлена неправильно, дощ може спричинити корозію, яка знижує ефективність вашої системи та збільшує швидкість її деградації. Корозія також може послабити металеву підструктуру та каркас.

Сніг

Низькі температури можуть призвести до деформації сонячних панелей, розтріскування елементів та роз’єднання рамок. А тепер додайте до цього ще й товстий шар снігу, і здогадайтеся, скільки додаткової ваги припадає на панелі та кріплення.

ПОШИРЕНІ ЗАПИТАННЯ

Чи псуються сонячні панелі?

Так, сонячні панелі псуються, тому що їх вихід енергії зменшується з роками експлуатації. Матеріали, що використовуються для перетворення сонячної енергії в електричну, з часом втрачають свої властивості зі швидкістю від 0.3% до 0.8% на рік.

Що відбувається з сонячними панелями через 25 років?

Сонячні панелі Molar втрачають гарантію виробника через 25 років, а це означає, що власник несе повну відповідальність за їх ремонт та обслуговування. Хоча ви можете легко знайти панелі з 25-річною гарантією, більшість систем працюють набагато довше, але зі зниженою вихідною потужністю.

Чи потребують сонячні панелі великого обслуговування?

Ні, сонячні панелі не потребують особливого догляду. Однак вам слід періодично перевіряти їх у вашого постачальника сонячної енергії. Лише один огляд може виявити такі проблеми, як механічні або електричні несправності. Бруд і листя роблять ваші панелі менш ефективними, тому їх також потрібно час від часу мити.

Що робити зі старими сонячними панелями?

Ви можете продати старі сонячні панелі, віддати їх або заплатити за їх переробку. Якщо ви вирішите їх продати, не розраховуйте на хорошу ціну, оскільки попит на вживане сонячне обладнання невеликий. Платити за їх переробку або утилізацію як електронних відходів. найкращий варіант з екологічної точки зору.

Висновок

Термін служби сонячних панелей залежить від обраного вами типу панелі, місцевого клімату, способу обслуговування та бренду, який ви обрали.

Ви повинні бути обережними з екстремальними температурами, вітром та снігом, оскільки вони можуть пошкодити компоненти вашої панелі. Слідкуйте за брудом і сміттям на поверхні панелі, оскільки вони можуть знизити її ефективність.

Але найефективніший спосіб продовжити термін служби сонячних панелей. це обрати постачальника сонячної енергії, який пропонує надійну гарантію.

• https://news.енергоспоживання.com/solar-panels-hail-hurricanes/
• https://spectrum.ieee.org/energywise/energy/renewables/spherical-solar-cells-soak-up-scattered-sunlight

Нікола Гемеш

Нікола використовує свій досвід в електротехніці, щоб розбити складні теми сталого розвитку для читачів GreenCitizen. Він твердо вірить у збереження навколишнього середовища, яке він практикує щодня через переробку відходів та домашню їжу. Він любить піші прогулянки, займається водними видами спорту та колекціонує ножі.

23 Коментарі та думки власників на ” Реальна відповідь на питання, “Як довго служать сонячні панелі?” “

Мені сподобався ваш блог про сонячні панелі та їх довговічність. Було цікаво подивитися, як довго вони служать і як вони дешевшають. Я також ціную, що ви поділилися своїми думками про те, як довго ми зможемо їх використовувати.

Гарна стаття! інформативна стаття для читача Цінуємо вашу роботу над сонячною (енергією), дякуємо, що надали нам інформативну статтю про сонячні панелі Connecticut

Сонячна фотоелектрична система, яку зазвичай називають просто сонячною фотоелектричною системою. це енергетична система, яка використовує сонячні панелі для перетворення сонячного світла в електрику. Фотоелектричні системи часто використовуються для живлення будинків, підприємств та інших об’єктів.

Сонячні панелі мають ряд переваг як для власників будинків, так і для власників бізнесу. Деякі з переваг включають зниження витрат на електроенергію, скорочення викидів парникових газів та підвищення вартості нерухомості. Крім того, сонячні панелі можуть допомогти бізнесу досягти цілей сталого розвитку та стандартів відповідності.

Якщо ви живете в приватному будинку, встановлення панелей. це найкраще, що ви можете зробити!

Дякуємо за ваш цінний коментар.

Чудова стаття з гарним описом. Дякуємо, що поділилися цим.

Ого!!! Дивовижний блог. Ви справді чудовий письменник. ваша процедура з сонячними панелями дійсно чудова. Встановлення сонячних панелей важливе для економії грошей та збереження довкілля.

Щиро дякую за ваш надихаючий коментар. Ми дуже вдячні за це!

З розвитком технологій термін служби сонячних панелей з часом стає все довговічнішим. Крім того, періодичне обслуговування є важливим для кожного електронного пристрою. Після цього довгострокова гарантія 11-25 років більше не буде проблемою, щоб змусити вас задуматися

Привіт, дякую, що поділилися публікацією в блозі! Я планував придбати сонячну панель для свого будинку, щоб зменшити рахунок за електроенергію, де я шукав відповідь на питання, як довго служать сонячні панелі. Нарешті я знайшов правильне рішення для свого питання. Крім того, поради, якими ви поділилися, дуже корисні.

Ваші поради про те, як обслуговувати сонячні панелі, щоб вони працювали якомога довше, були надзвичайно корисними, тому я вдячний, що ви розмістили їх у своїй статті. Я прийняв рішення інвестувати якомога більше в наш нинішній будинок, оскільки ніхто з нас не має бажання з нього переїжджати, тому наявність енергетичної системи, яка може окупити себе в майбутньому, звучить ідеально. Як тільки я знайду інсталятора сонячних панелей, який допоможе нам з цим, я обов’язково скористаюся вашими порадами, щоб добре її обслуговувати.

Я прочитав багато ваших статей. Вони дійсно цікаві та корисні. Я продовжуватиму стежити за вашими новими публікаціями. Дуже дякую

Дякуємо, що поділилися цією корисною інформацією! Я також використовую сонячні панелі SunPower. Поки що вони досить хороші, як і їхній сервіс. Сподіваюся, вони будуть працювати довго

Стандартний термін служби в галузі становить близько 25-30 років, а це означає, що деякі панелі, встановлені на початку поточного буму, недовго залишилося до виходу на пенсію. І з кожним роком з експлуатації буде виводитися все більше. скляних та металевих фотоелектричних модулів, які незабаром почнуть складати мільйони, а потім і десятки мільйонів метричних тонн матеріалу.

Чудова стаття. Більшість людей повинні навчитися цьому важким шляхом.

Сонячні панелі можуть прослужити довго завдяки своїй міцності. Тим не менш, є деякі речі, які ви можете зробити, щоб зробити їх довговічнішими. Один з них. знайти надійного установника, який має хороше обслуговування клієнтів.

По-друге, перевірте гарантію. Я бачив гарантії, які пропонують гарантію на обладнання від 10 до 12 років на екологічні або фізичні дефекти. Ця угода досить хороша, оскільки сонячні панелі служать довго.

Я хотів дізнатися цю інформацію, тому що планую встановити сонячні панелі на своєму будинку. Дякуємо, що поділилися цим.

Справді дивно, що деякі з цих сонячних панелей прослужать близько 40 років за умови належного обслуговування. Мій брат намагається незабаром придбати кілька сонячних панелей, щоб заощадити гроші на електроенергії. Він хоче переконатися, що він також є набагато більш екологічно чистим.