Современные кремниевые солнечные панели является отраслевым стандартом, но их могут заменить пластиковые конкуренты – легкие, гибкие солнечные панели, которые можно напечатать и закрепить на зданиях или разместить в окнах или автомобилях, превращая свет в электричество в местах, недоступных современным тяжелым панелям.
Стандартные солнечные панели, которые мы видим в домах и на предприятиях, изготавливаются из кристаллического кремния. Эти жесткие фотоэлектрические (PV) панели превращают свет в электричество.
Они весят от 20 до 30 килограммов на квадратный метр, поэтому их можно легко разместить на всех крышах зданий или на фасадах. Однако существует альтернативный и более гибкий конкурент кремниевым ПО.
Вместо кремния исследователи в Европе работают над органическими фотоэлектрическими (OPV) технологиям. Органический просто означает, что молекулы, содержащие углерод, и OPV можно считать пластическими солнечными элементами. Они предлагают преимущества перед солнечными панелями на основе кремния.
“”Процесс их изготовления (возможно, может быть) дешевле, они легкие, предлагают гибкость в своей архитектуре, и в принципе они могут быть более экологичными””, – сказала д-р Франческа Фассиоли, физик-теоретик из Принстонского университета, США.
Пластиковые солнечные панели могут весить около 500 г на квадратный метр – более чем в 40 раз легче, чем их кремниевые аналоги. Пластиковые панели могут быть прикреплены к фасадам зданий или размещены на крышах зданий, которые могут бороться за безопасную поддержку стандартных солнечных панелей. Органические солнечные элементы также гораздо тоньше, чем кремниевые солнечные элементы, обеспечивает значительную экономию материалов, полезно для окружающей среды.
Теоретически, пластиковые солнечные элементы также должны быть простыми в производстве. “”Основное отличие кремний-технологий от OPV заключается в том, что мы можем их напечатать или нанести на что-то как тонкую пленку””, – сказал Дэмиен Хау, менеджер по исследованиям, разработкам и инновациям в Armor, инженерная компания со штаб-квартирой в Нанте, Франция.
Один из первых подобных продуктов компании, выпущенный в прошлом году, был установлен в коммерческих теплицах вблизи Нанта для обеспечения тени и производства электроэнергии. Недавно компания Armor приобрела немецкую компанию Opvius, которая специализируется на разработке фасонных пластиковых солнечных панелей, которые можно использовать декоративно на зданиях.
Органические фотоэлектрические элементы могут иметь толщину в несколько миллиметров в толщину и размещаться на пластиковых полиэфирных пленках.
Броня создала тонкие полупрозрачные ОПС, которые можно установить внутри оконных панелей, чтобы офисные окна могли фильтровать немного солнечного света, превращая его в электричество.
альтернатива
Хотя большинство стандартных солнечных панелей – это импорт, пластиковые солнечные панели – это новая технология, которую европейские компании могут продвигать в качестве альтернативы.
Почти 90% всех фотоэлектрических панелей во всем мире сегодня изготовлены из кристаллического кремния, является устоявшейся технологии на рынке в течение десятилетий. Обычно они могут превратить от 18% до 22% энергии солнечного света в электричество.
Органические фотоэлектрические панели – это новая технология, которая имеет недостаток меньшей эффективности и высших производственных затрат – отчасти потому, что на сегодня это такая небольшая отрасль.
“”Это две проблемы, над которыми работает наш новый проект BOOSTER””, – сказал Хау, имея в виду новый научно-исследовательский проект стоимостью 6000000 евро, которым руководит его компания. Консорциум работать над лучшими молекулами, собирают свет, которые сегодня в лабораториях могут достичь 17% эффективности. Стандартные панели генерируют от 150 до 200 Вт на квадратный метр, тогда как коммерческие ОПС генерируют 40 Вт на квадратный метр. BOOSTER стремится получить эту мощность до 150 Вт.
Это также будет способствовать снижению затрат на производство пластиковых солнечных панелей. Как новая технология, некоторые компоненты не были разработаны для этих солнечных панелей, а были взяты с других устройств.
Например, как органический материал, пластиковые солнечные панели нуждаются в защите от ультрафиолетового излучения. Сегодня используется тонкая пленка, которая является без надобности дорогой. Это связано с тем, что он был разработан для защиты органических светодиодных экранов (OLED), которые являются в телевизорах высокого класса и требуют безупречных пленок.
“”Нам не нужна такая же качество барьера для технологии OPV””, – пояснил Хау. Недавно разработанная пленка, предназначенная для пластиковых солнечных панелей, может быть намного дешевле, но все равно выполнить свою работу.
Консорциум проекта, состоящий из компаний и академических партнеров, изготовит два демонстрационных продукты. Во-первых, палочная солнечная панель, которую можно прикрепить к двери, полы, автомобиля или крыши. “”Это доказывает, что существует другой способ сделать солнечные панели””, – сказал Хау. Клейкий материал для сбора света будет установлен в штаб-квартире энергетической. Второй демонстрационный продукт увидит пластиковую солнечную панель, прикрепленную к текстилю, такого типа, который часто покрывает здания находятся на ремонте. Он будет установлен на университетском корпусе в Нюрнберге, Германия, партнером проекта.
посадка семян
Хотя исследователи здесь надеются, что их усилия по органических фотоэлектрических систем принесут коммерческие плоды в ближайшем будущем, другие ученые высаживают семена будущего прогресса в солнечной энергетике. Это случай с физиком-теоретиком доктором Фассиоли, который вскоре присоединится к группе профессора Стефано Барони в SISSA в Триесте, Италия.
Теоретические физики используют математические модели и теории для объяснения окружающего мира, идеи которых затем проверяются в экспериментах другими. Альберт Эйнштейн, совершивший революцию в физике идеями, ручкой и бумагой, является, пожалуй, самым известным физиком-теоретиком.
Итак, в своем проекте QuESt доктор Фассиоли может быть выполнена с прототипами солнечных панелей, а вместо этого исследовать основы взаимодействия органических молекул со светом, чтобы увеличить эффективность преобразования энергии органических солнечных элементов.
«Речь идет не о создании новых молекул, – сказал д-р Фассиоли, – а о том, как использовать типовые молекулы более разумно.
Для упрощения на солнечной панели свет поглощается молекулами, которые возбуждаются и испускают электрон, создает электрический ток.
Доктор Фассиоли рассматривает, как оптические полости могут задерживать частицы света. Оптические полости, по сути, состоят из двух микроскопических зеркал для захвата световых частиц (фотонов). Если вы помещаете материал внутрь оптической полости, фотон непрерывно меняется местами между материалом и полостью, и это порождает новый гибридный состояние.
Странный гибрид (называемый поляритоне) состоит как из света, так и из вещества. Явление привлекает квантовую физику, поэтому может показаться неинтуитивним, даже странным.
Этот гибридный состояние “”может привлекать тысячи или миллионы молекул, так что молекулы больше не ведут себя как независимые””, – сказал д-р Фассиоли, “”но они становятся синхронизированными через связывание со светом в оптической полости””.
Ее проект создаст научные публикации и новые знания и идеи о взаимодействии материи и света. “”Мы считаем, что эту синхронизированную коллективное поведение возбужденных молекул можно использовать для повышения эффективности фотоэлектричества””, – пояснил д-р Фассиоли.
“”Это подход”” снизу вверх “”с точки зрения понимания механизмов, которые будут изменять свойства (органических солнечных элементов), а не преследовать немедленное применение для коммерческих применений””, – отметил д-р Фассиоли. Но надежда состоит в том, что эта работа в будущем улучшит органические солнечные элементы, чтобы они превратили большую часть солнечных лучей в электричество.