КПД в 11,1% — новый рекорд в производстве солнечных панелей

    Исследователи из IBM Research сообщили о разработке прототипа тонкопленочной солнечной батареи с самым высоким в мире КПД*
    *среди используемых на Земле



    По словам ученых из IBM Research, Теодора Тодорова и Дэвида Митци, им в сотрудничестве с компаниями Solar Frontier, Del Solar и Tokyo Ohka Kogyo удалось добиться самого высокого коэффициента полезного действия солнечных батарей. В опубликованной в издании Advanced Energy Materials статье говорится, что новая фотоэлектрическая панель способна в реальном использовании преобразовывать в электричество 11,1% солнечной энергии, в то время как существующие сейчас на рынке панели имеют аналогичный показатель от 2 до 7%.
    В прошлом году этими же учеными и инженерами был достигнут КПД солнечных батарей в 10,1%.

    Почему я сделал уточнение «среди используемых на Земле»?

    Дело в том, что в спутниках и на международных космических станциях используются космические панели, КПД которых выше 11%. Но они могут использоваться только в космических условиях. Плюс, они изготавливаются на основе драгоценных металлов и вследствие этого имеют очень высокую стоимость. Хотя, первая причина, почему более продуктивные существующие батареи не используются на Земле (отсутствие подходящих условий), имеет больший вес.

    В чем отличие новых солнечных панелей?



    Все солнечные панели устроены схожим образом. Они преобразуют солнечный свет, который попадает на них. Или, если быть точнее, преобразуют энергию световых фотонов в электричество. Единственное отличие одной панели от другой заключается в том, насколько эффективно она совершает данную операцию: чем больше КПД, тем меньше необходимая площадь, и, следовательно, ниже стоимость.

    Открытие исследователей из IBM Research представляет собой тонкопленочные солнечные батареи, изготавливаемые на основе меди, цинка, олова и селена (совместно обозначаемые CZTS). Помимо того, что элементы менее подвержены падению КПД при росте температуры, по сегодняшним меркам они имеют довольно дешевую стоимость (при сравнении с индием и галлием, используемыми в предыдущих CIGS-панелях, которые заменены на медь и цинк).

    Что дальше?

    Новые тонкопленочные солнечные батареи от IBM Research пока испытываются в лабораторных условиях. Но разработчики надеются, что уже скоро новые фотоэлектрические панели можно будет пускать в массовое производство, и на их основе создавать солнечные фермы, которые могут стать безопасной альтернативой атомным станциям и вырабатывать тераватты мощности. Солнечная энергия со временем сможет обеспечивать электричеством целые мегаполисы, поэтому важно уже сейчас начать применять альтернативные источники энергии.



    Дополнительная информация: ibmresearchnews.blogspot.com/2012/08/shedding-light-on-new-frontiers-of.html
    IBM
    120.19
    Company
    Share post

    Comments 30

      +1
      Где-то читал, что солнечные батареи даже при 50% КПД не позволят отказаться от АЭС/ГЭС/ТЭС т.к. для изготовления такого огромного числа батарей не хватит необходимых для этого материалов, ну и там ещё больной вопрос с плохим воздействием на экологию при производтстве этих самых батарей.

      Кто-нибудь может подтвердить/опровергнуть подобного рода утверждения?

        0
        я сейчас конечно могу глупость сказать, но очень давно читал статью немецкого исследователя, который утверждал, что солнечные батареи не смогут заменить нам наши источники энергии, так как не хватит места для их размещения на земле… мне как-то в это не очень верится, но читал.
          +1
          Возможно в то время, когда он это писал, КПД солнечных панелей было таково, что он был недалёк от правды :)
          +2
          Полностью работать только от солнечных батарей это да — вряд-ли, т.к. погода, эффективность работы на разных долготах, ночи (проблема сохранения энергии), проблема передачи энергии (потери по пути) и нужно довольно много пространства.
          Но обеспечивать отдельные части земли вполне можно. Взять ту-же Неваду — у них там огромная пустыня, в который жить по сути невозможно, жара и всё такое. Там уже построено несколько пилотных проектов и как минимум уже один успешно работает.
          Я не помню как точно назывался проект, да и гугл быстро не помог найти название, но это та электростанция, что использует параболические зеркала для отражения и фокусировки света и нагревает соль в чёрных трубах помещённых в вакум в стеклянных трубках. При этом там и проблему сохранения энергии на работу ночью решили использованием соли, которая за ночь не успевает остыть с 400 с гаком градусов до температуры затвердевания. Места для расширения там море, а с расширением падает и ценник (к тому же расширение уже гораздо дешевле чем строить с 0, т.к. инфраструктура уже на месте). В перспективе, если серьёзно заняться этим, то если мне не изменяет память, несколько квадратных километров площади такой станции полностью покроют необходимости штата с запасом на будущее. Точнее говорить не буду, т.к. это всё было в программе от Discovery и в интернете найти эту информацию быстро не получилось (а надо работать).
            0
            У меня друзья живут в своем доме на юге Германии (Вальдорф). Южный склон дома почти весь покрыт солнечными батареями (дом не большой). Днем электроэнергию они продают городу, а не покупают. (обычный набор бытовой техники, электроплита, к дому подведена только холодная вода, нагревают сами).

            Они же рассказывают, что, по крайней мере, немцы, не знают уже куда солнечную электроэнергию девать, как запасать. Пока решили перекачивать воду в возвышенные области, чтобы потом посредством ГЭС получать запасенную энергию.
            То есть, бытовые нужды в солнечных регионах покрыть можно без проблем. Хотя и остро стоит вопрос запаса такой энергии.
            0
            Медь, цинк, олово и селена — эти металлы в дефиците? Если эта технология станет доступна, то она легко заменит АЭС/ГЭС/ТЭС
              +1
              Расчёты в студию :)
                0
                Полная мощность излучения Солнца — 4−10м млрд кВт. На удалении в 150 млн км это эквивалентно 1,4 кВт на каждый квадратный метр поверхности.

                В идеальных условиях (принимающая поверхность перпендикулярна потоку, день безоблачный и тп) и учитывая КПД = 0,1 получаем:
                1,4 кВт * 0,1=140Вт
                То есть теоретический один квадратный метр заряжая аккумулятор весь световой день даст возможность включить одну лампочку на всю ночь.
                  +4
                  только уточнение
                  1) на экваторе
                  2) 1,3-1,4 кВт/м2 это на входе в атмосферу (солнечная постоянная), в полдень на уровне моря максимум будет 1.02
                  3) среднесуточное значение будет как минимум в три раза меньше
                  –1
                  toxicdream Посчитал сколько производит мощности батарея размером в м2.

                  У меня на стенке балкона можно разместить 7,5 м2 и на кухне (что касается площади стен моей квартиры) я могу разместить ещё 4,5 м2 батареи = 12м2 * 140Вт = 1,6кВт/час * 12часов * 30 дней = 576 кВт/месяц. Счет за энергопотребление мне приходит в среднем 90кВт/месяц.
                  Выходит что моей энергии ещё хватит что бы накормить 4х соседей.

                  И как я говорил раньше, это возможно если технология станет доступна а благодаря этим металлам это может случиться.
                    0
                    вы считали 12 часов и 30 дней?
                      0
                      Да, кажется я так написал.
                      +3
                      Где вы живете что у вас солнце светит 12 часов с одной стороны 30 дней в месяц?)

                      Реальные данные для киева. кВт/час на квадратный метр за день.
                      (1,07+1,87+2,95+3,96+5,25+5,22+5,25+4,67+3,12+1,94+1,02+0,86+3,10)/12 = 3.356
                      3.356*12м2*30*0.1 = 120.816кВт/месяц.

                      На самом деле будет раза эдак в 3 меньше, а то и более, т.к. угол наклона при расположении панелей на стене далек от идеального и вися на стене дома панели никак не могут захватить весь световой день, только часть.
                      Кроме того эту энергию еще нужно как-то сохранять в аккумуляторах, где тоже будут потери, да и аккумуляторы не вечны и очень дороги.
                        0
                        Я взял общее среднее и не углублялся в региональные зоны. Да, считал примитивно, много факторов не учтено, но и ваш результат покрывает мои потребности, что и стоило доказать.
                          0
                          Вы взяли общее максимальное. Сомневаюсь, что даже в Сахаре будут такие условия, какие вы в формуле использовали.

                          Мой результат ваши потребности не покроет, я же написал, в реальности выхлоп будет раза в 3 меньше.

                          Кроме того давайте посчитаем дальше.
                          Солнечные батареи стоят примерно 12-15т.р за м2 + аккумуляторы, инверторы, контроллеры, крепежи… ну ладно, пусть всё в сумме будет 150к за 12м2.
                          Цена за кВт/час в России если верить гуглу — 4 рубля.
                          Допустим вы поставили батареи на крышу, а не на стену и они вырабатывают 100кВт/месяц.

                          100*12*4 = 4800р в год. 150000/4800 = 31.25 лет, чтобы окупить эти панели.
                            0
                            Мои потребности 90кВт, ваш результат 120кВт = покрывает.
                            Правильно говорите, сейчас стоят, а в топике сказано что новый состав не имеет дорогих металлов как раньше соответственно и цена будет гораздо ниже.
                              0
                              реальные расчеты для США (где инсоляция выше) показывают для современных солнечных панелей (КПД 8-17%) гипотетический срок окупаемости 39 лет. К сожалению, оборудование так долго не живет. Об автономности электропитания даже речи не идет.
                                0
                                Автономность есть. Если не обогреваться электричеством и готовить на газе, то батареи на крыше своего дома на 90% покрывают потребность в электричестве летом.
                            0
                            О боже, я обидел вас? )
                              0
                              Эм. Нет. Вы это к чему?
                                0
                                Кто-то заминусовал все мои сообщения ) Значит кого-то я обидел ) Если это не вы значит кто-то еще )
                                  0
                                  Я не могу голосовать…
                      0
                      Год назад читал про наших —

                      КПД наногетероструктурных каскадных фотопреобразователей, разработанных сотрудниками института, составляет 36 процентов, что в два-три раза выше, чем у батарей, созданных на основе кремния.

                      www.nanonewsnet.ru/news/2011/rossiiskie-uchenye-sdelali-solnechnye-batarei-deshevymi-effektivnymi

                        0
                        Ага, но при этом такая батарея стоит как самолет. И требует солнечного концентратора для увеличения светового потока. А концентратор надо ориентировать в направлении источника.
                        0
                        Каким образом рассчитывался КПД?
                            +1
                            Спасибо, я знаю по какой формуле рассчитывается КПД. Мне интересно, как измерялись величины полезной и общей энергии.
                              0
                              Приносим свои извинения, но данная информация пока что доступна только ученым и инженерам из подразделения IBM Research
                          +1
                          Расчет КПД кремниевого солнечного элемента

                          Хотя, здесь также только формулы…
                            0
                            Как бы не хотелось многим, но автономности всё равно не будет. Просто государство как обычно введёт налог на площадь солнечной батарерии, когда ощучит на себе падение доходов от продажи обычного электричества.

                            Only users with full accounts can post comments. Log in, please.