Из сотни компаний — крупнейших источников выбросов, 57 нарастили их объемы вопреки взятым на себя обязательствам. На их долю сегодня приходится 80 % всех выбросов в мире
Солнечные батареи из перовскита
Перовскит, известный ученым более ста лет, оказался весьма перспективным материалом для производства дешевых и эффективных солнечных элементов. Он — альтернатива кремнию в производстве солнечных батарей.
Перовскит, или титанат кальция, впервые найденный в виде минерала немецким геологом Густавом Розе в Уральских горах еще в 1839 году, и названный в честь графа Льва Алексеевича Перовского, славного государственного деятеля и коллекционера минералов, героя Отечественной войны 1812 года, оказался наиболее подходящим претендентом на роль альтернативы кремнию в производстве солнечных батарей.
Как вещество, титанат кальция до недавнего времени широко использовался лишь в качестве диэлектрика многослойных керамических конденсаторов. И вот теперь его пробуют применить для построения высокоэффективных солнечных батарей, поскольку выяснилось, что данный материал прекрасно абсорбирует свет.
Обычные, ставшие давно традиционными, кремниевые солнечные батареи при толщине в 180 микрон поглощают столько же света, сколько перовскит поглотит при толщине всего в 1 микрон. Перовскит, так же как и кремний, является полупроводником, и примерно так же эффективно передает электрический заряд под действием света, однако спектр преобразуемого в электричество света у перовскита шире, чем у кремния.
Структура кристаллического вещества титаната кальция идентична структуре минерала перовскита, потому и название у них одно и то же. И именно данное вещество находится сегодня на одном из лидирующих мест в рейтинге путей оптимизации для солнечной энергетики.
Все дело в том, что солнечные батареи на базе кремния стоят сегодня в среднем 75 центов за 1 кВт, а солнечные батареи на основе перовскита снизят их стоимость до 10-15 центов за 1 кВт, то есть технология солнечных батарей на перовските в 5-7 раз дешевле кремния как при производстве батарей, так и при их эксплуатации, а количество производимой электроэнергии такое же.
И это при том, что аналитики энергетической отрасли утверждают, что уже при стоимости в 50 центов за 1 кВт, солнечная энергия становится конкурентоспособной по отношению к ископаемому топливу. То есть переход на перовскит в глобальном масштабе снизит стоимость производства электроэнергии в разы, при этом процесс производства самих панелей будет очень простым.
Исследования по оценке и повышению эффективности солнечных элементов на основе перовскита ведутся во многих странах: в Австралии — Мартин Грин, в Швейцарии — Майкл Гретцель, в США — Генри Сайнт, Феликс Дешлер, Лиминг Дай, в Корее — Сок Санг Иль. Исследователи заявляют в один голос о дешевизне и высокой эффективности перспективной технологии.
Майкл Гретцель утверждает, что достигнутая им эффективность в 15% легко может быть увеличена до 25%, а недорогие солнечные элементы из ныне доступных не дотягивают до 15%. Впервые, в 2009 году, когда только заговорили о возможностях использования перовскита для солнечной энергетики, был получен КПД в 3,5%, и элементы были недолговечными, поскольку жидкий электролит растворял перовскит, и едва ученые успевали провести замеры, батарея прекращала работать.
Спустя три года жидкий электролит был заменен на твердый, и элементы стали более стойкими, а КПД сначала удвоился, а затем удвоился еще раз. Несколько электропроводящих слоев-подложек, на один из которых нанесли пигмент, решили проблему и открыли перспективу. Шаги по повышению эффективности не прекращаются и по сей день, ученые применяют в числе прочего и стандартные методы оптимизации, которые служили для улучшения кремниевых предшественников.
Майкл Гретцель уверен, КПД в 25% приведет к революции в солнечной энергетике. Профессор из Австралии, Мартин Грин, один из пионеров в исследованиях, утверждает, что бескремниевые батареи настолько просты в производстве и эффективны в эксплуатации, что однозначно есть уверенность — будущее у солнечных батарей на перовските светлое, ведь предварительные оценки уже пророчат колоссальное удешевление — в 7 раз.
Группа исследователей из Кореи под руководством Сок Санг Иля разработала собственную формулу путем смешивания метиламмония бромида свинца с формамидин-иодидом свинца. Ученые добились такой структуры перовскита, что установили рекордный КПД в 17,9%. Использование смеси позволит печатать солнечные элементы, и их стоимость еще больше снизится. Остается проблема — материал растворяется в воде, к тому же размер ячеек в тестах не превышал 10 кв.мм, так что исследования продолжаются.
Процесс изготовления перовскитовых солнечных элементов видится исследователям довольно простым. Жидкость просто разбрызгивается на поверхность или наносится в виде пара, что очень просто реализовать технологически. На металлическую фольгу или на стекло наносится несколько слоев материалов, один из которых — перовскит.
Другие материалы здесь нужны для того, чтобы способствовать перемещению электронов внутри элемента. Процесс изготовления приближен к идеалу. Физик из Оксфордского Университета, Генри Сайнт, занимающийся разработкой перовскитовых ячеек в США, уверен, что слои солнечной панели будут наноситься так же легко, как при обычной покраске какой-нибудь поверхности.
Несмотря на открывающиеся перспективы, ученые разделились на два лагеря. Первые ратуют за совершенствование уже ставших традиционными, кремниевых батарей, другие — за создание совершенно новых, более эффективных. Так, Мартин Грин считает, что перовскит можно применить как дополнение к кремниевым батареям, совместив кремний с перовскитом, и таким образом снизить стоимость ватта получаемой электроэнергии без значительных убытков для кремниевой отрасли. Майкл Гретцель — напротив убежден, что важны новые разработки, и издержки на повышение эффективности новых фотоэлементов окупятся многократно.
Многие компании уже работают над коммерческим внедрением продукта, ведь несмотря на то, что возможности перовскита еще только начинают осознаваться, ведущие специалисты в области солнечной энергетики уже устремили свое внимание в будущее. Австралийские и Турецкие компании вместе активно подошли к коммерциализации перовскитовых солнечных батарей, и по прогнозам, уже к 2018 году они будут представлены на мировом рынке.
Несмотря на оптимизм некоторых компаний, опыт показывает, что обычно необходимо лет десять для выхода новой технологии из лаборатории на рынок, а за это время и кремниевые батареи вполне могут и обогнать перовскит. Гретцель, кстати, продает лицензию на новую технологию компаниям, которые намерены идти по традиционному пути кремния.
Конкуренция на рынке солнечной энергетики также высока, и каждый новый игрок сталкивается с ней. Стоимость кремниевых панелей снижается, и по мнению некоторых аналитиков, она может понизиться до 25 центов за 1 кВт, что полностью лишит преимуществ технологию перовскита.
Остается проблемой и наличие в пигменте небольшого количества свинца, который токсичен. Предстоят экспериментальные исследования, которые выявят, насколько токсичным оказывается перовскит. Стоит уделить внимание и утилизации отработанных батарей, как это происходит с стартерными автомобильными аккумуляторами. Но в принципе вместо свинца может быть использовано олово или нечто подобное.
Между тем, исследователи из Огайо, под руководством Лиминг Дай, взялись за электрификацию электрокаров с помощью солнечных панелей из перовскита. Они разработали наиболее выгодное, чем это было раньше, сочетание солнечных панелей с аккумуляторами электрических автомобилей.
Подключив четыре перовскитовых батареи к литиевому аккумулятору, ученые добились КПД 7,8% в наиболее эффективной на сегодняшний день конфигурации, которая превзошла былые решения по совмещению солнечных батарей с суперконденсаторами и аккумуляторами.
Многослойные панели позволили повысить плотность и стабильность получаемой от солнца энергии. Тестирования показали, что три слоя перовскита преобразуются при желании в одну пленку. При площади одной ячейки не более 10 кв.мм, исследователи добились КПД 12,65% от преобразователя размером с монету, однако с учетом преобразования и хранения энергии, КПД составил 7,8% в цикличном режиме.
Такие системы, по мнению разработчиков, смогут в будущем не просто заряжать электрокары, но и будут установлены в виде гибкой пленки на кузовах. Технология представляется идеальной для электромобилей.
Примечательна способность перовскита к переизлучению. Ученый из Кембриджского университета, Феликс Дешлер, обнаружил, что перовскит обладает уникальным свойством. Когда на материал попадает свет, энергия фотонов не просто преобразуется в электроэнергию, часть заряда обратно превращается в фотоны.
Если панель сможет повторно использовать эти фотоны, то собираемой энергии станет еще больше. Группа Дешлера провела эксперимент, в котором сконцентрировала луч лазера на срезе перовскита толщиной в 0,5 микрона, и свет переизлучался в другом месте образца. Кремний, например, не обладает способностью перемещать внутри себя энергию и вновь ее испускать.
Таким образом, перспективы у перовскита колоссальны, и кто знает, может быть не за горами те времена, когда каждый дом и каждый автомобиль будут оснащены перовскитовыми батареями, поскольку загрязнять окружающую среду продуктами сжигания ископаемого топлива станет уже экономически не выгодно и не целесообразно.
Андрей ПОВНЫЙ
Источник — electrik.info
* * *
Как перовскитные фотоэлементы могут произвести революцию в солнечной энергетике
Перовскитные фотоэлементы скоро начнут завоевывать рынок солнечной энергетики. Технология производства панелей на основе перовскита приближается к прорыву. Так называемые перовскитные фотоэлементы позволяют создавать гибкие солнечные батареи, которые обладают очень высокой степенью эффективности, а также являются недорогими в производстве.
Солнечная энергия неисчерпаема, но солнечная электроэнергия сегодня составляет лишь малую часть в мировом снабжении электроэнергией. Чтобы изменить это, нужно сделать фотоэлементы эффективными и дешевыми, что не так-то и просто. Поэтому многие исследователи возлагают большие надежды на перовскит.
Фотоэлементы на основе перовскитов очень эффективно преобразуют солнечный свет, что и было продемонстрировано учеными впервые в 2009 году. Однако в то время фотоэлементы были еще очень нестабильными, но с тех пор ученые достигли огромных успехов. Эффективность перовскитных фотоэлементов сегодня уже превышает 20%. Основное их преимущество в том, что их можно наносить на поверхности в виде очень тонких слоев без особых усилий. Следовательно, для изготовления таких фотоэлементов требуется меньше материала по сравнению с кремниевыми.
Одним из стартапов, планирующих довести перовскитные фотоэлементы до серийного производства, является компания Swift Solar, базирующаяся в Силиконовой долине. Среди основателей Swift Solar несколько известных исследователей перовскита. В стартапе используется запатентованная технология на основе перовскита и выпускаются так называемые тандемные фотоэлементы. Компания объединяет перовскит и кремний, которые поглощают различные области солнечного спектра. Кремний поглощает инфракрасную часть, перовскит — видимую часть. При такой комбинации возможно достичь эффективности более 30%. Swift Solar изначально нацелена на специализированные приложения в авиации, электромобильности, телекоммуникациях и строительстве. В среднесрочной перспективе компания планирует производить перовскитные фотоэлементы как для кровельных, так и наземных солнечных электростанций.
Британский стартап Oxford PV также активно занимается разработкой перовскитных фотоэлементов и конкурирует с Swift Solar, чтобы первым выйти на рынок с новой технологией. Oxford PV заявляет, что эффективность его фотоэлементов составляет 27,3%. Это больше, чем могут самые мощные кремниевые фотоэлементы, и их теоретическая максимальная мощность ненамного выше, чем у перовскитных уже сегодня, но с другой стороны, теоретически перовскитные могут достичь еще более высоких уровней эффективности.
27.01.2020 — by Eenergy.media
Добро пожаловать на канал SREDA.UZ в Telegram |
Еще статьи из Климат
Единственный в Узбекистане представитель уникальной профессии – лавинщик – Альберт Попов считает, что люди должны бережнее относиться к природе.
Цель праздника, отмечаемого 15 апреля, — продвижение знаний о природе, информирование общественности о вопросах экологической безопасности и состоянии окружающей среды, формирование экологической культуры.
В репортаже покажем и красоты, и проблемы. Зададимся непростыми вопросами, включая вопрос о государственной экологической экспертизе. На все возведенные и возводимые объекты, влияющие на окружающую среду, получено «добро»? Как обстоит с мониторингом?
Что волнует? Изменение климата и эффекты на все стороны жизни. Возможна ли в наших условиях физиологическая акклиматизация? Какие нужны профилактические меры? Что надо помнить «про климат», как волонтерам, общественным инспекторам, так и профессиональным экологам?
По данным ВОЗ и ЮНИСЕФ, лишь 71% сельского населения в Узбекистане имеет доступ к безопасной питьевой воде. В городских районах этот показатель составляет 89%. Кроме того, в селах надлежащую очистку проходят лишь 32% бытовых сточных вод.
Анализ свежих спутниковых снимков, выполненный специалистами международной экологической коалиции «Реки без границ» (Rivers without Boundaries), подтвердил возобновление работ по строительству канала Кош-Тепа.
Ученые и специалисты из пяти стран региона, представители международных организаций обсудили в Ташкенте возможности совместных проектов по борьбе с опустыниванием, засухой, пыльно-песчаными бурями.
Утром 15 марта Ташкент вышел на ведущее второе место в мировой табели о городах-загрязнителях. На карте Ташкента отмечены районы, где дышать очень вредно.
Проекты рассматриваются по отдельности, без учета совокупного, так называемого кумулятивного воздействия всех находящихся рядом существующих и планируемых гидротехнических сооружений, которые могут в разы или на порядок усиливать негативные воздействия нового проекта на окружающую среду.
Cайту birds.uz исполнилось 9 лет. Поздравляем!
Комментарии в фэйсбуке
Часто заглядываю на этот сайт. Восхищаюсь, как удается снимать птиц, которые не очень- то расположены к фотосьемкам. На этом сайте много удивительных кадров. А сколько видов птиц! Мы, горожане, о большинстве из них понятия не имеем. Cпасибо birds.uz!
Возобновление строительства канала Кош-Тепа несет угрозу всей Центральной Азии
К
Из-за непризнания правительства талибов наша южная (и самая сухая, и жаркая) часть страны рискует вообще остаться без воды! Там и так этот туркменский каракумский канал очень много забирает, а теперь ещё и коштепа добавилась! Мне кажется, что они как специально пользуются этой ситуацией и делают, строят что хотят.
Ташкент выходит в «чемпионы» по загрязнению атмосферного воздуха
К
По поводу нового Ташкента президент как-то говорил, что даже жители цетра города захотят переехать туда... Я вроде понял теперь почему)
Ташкент выходит в «чемпионы» по загрязнению атмосферного воздуха
Ангелина
Какие рекомендации? В какой пригород лучше переехать?
Вводится бессрочный мораторий на добычу нерудных материалов в русле Сырдарьи
Однолько Ангелина
КАк это все понимать? Река моего детства Чаткал уже перестала быть горной рекой? Где анализ этих решений соответствующих природоохранных органов? К сожалению, мы с вами не поедем и не встанем на пути железных машин. А туристы скоро будут ездить не 1.5 - 2 часа в пригород Ташкента отдыхать , а за тридевять земель на тропические острова.
ЕДЕМ В АХАНГАРАНСКУЮ ДОЛИНУ НА ОТВАЛЫ
Бахтиёр Нуритдинович
Хорошая познавательная статья. Спасибо авторам. 9.3.24 подышали нормальным воздухом Синегорья на вершинной поляне. А при возвращении через долину сразу почувствовали "прелести" в виде взвешенных в воздухе частиц, не хуже, чем в Ташкенте. К сожалению, актуальность экологических вопросов всё больше растёт.
Что ожидает Национальный природный парк «Зарафшон»?
К
"Раздача земли в аренду началась со сменой статуса охраняемой природной территории в 2018 году." На мой взгляд с тем же самым бы столкнулся и ташкенсткий бот сад, если бы в своё время шумиху бы не подняли. Хотя насчёт бот сада рано радоваться. Нет никаких гарантий, что его оставили в покое и никогда на него не позарятся.
СНЫ ЧИГИРЯ
Бахтиёр
Светлой души человек Файнберг.
Не «покорять природу», а беречь ее
Ангелина
Да. "Обстановка крайне тяжелая". "Вряд ли продукция компенсирует потери здоровья людей из-за пренебрежения природоохранными мерами. Пора это понять." Стало ещё актуальнее.
Книга «Озеленение городов и сел Узбекистана» доступна в Интернете
Искандар
я хочу прочитать эту книгу.