ТОП 7 технологій, які зроблять сонячні панелі популярнішими: перовскіт, органіка, кераміка

Сонячні панелі стають дедалі популярнішими в Україні на тлі обстрілів ЗС РФ енергетичної інфраструктури. Українці повсюдно встановлюють сонячні електростанції (СЕС) не тільки в приватних, а й у багатоповерхових будинках, а також цікавляться розвитком фотоелектричних технологій. Про те, чого досягли вчені в цій сфері, розповість Фокус.

Згідно з даними Міністерстві енергетики України, сукупна потужність сонячних електростанцій (СЕС) у країні у 2024 році досягла 7,3 ГВт і становить 90% загальної потужності всіх об'єктів, що генерують екологічно чисту енергію. Уряд України планує збільшити цей показник до 13,5 тис. ГВт*год до 2030 року, кредитуючи населення і бізнес, щоб допомогти перейти на альтернативні джерела енергії.

Однак не тільки кредити і бажання бути енергонезалежними спонукають українців використовувати СЕС. Приваблює їх і можливість заощадити на рахунках за електрику і навіть заробити на цьому, продаючи державі надлишки електроенергії за "зеленим" тарифом. Також сонячні батареї прості в обслуговуванні і можуть окупитися за 7-10 років, а пропрацювати здатні понад 30 років. Так, видання PV-magazine повідомляло, що фотоелементи, встановлені французькою асоціацією Hespul 1992 року, досі справні і видають у середньому 79% від початкової потужності.

Але сонячна енергетика не стоїть на місці. Вчені продовжують шукати альтернативні матеріали і технології, щоб підвищити ККД батарей до 30% і більше. Далі ми поговоримо про новинки, які скоро, можливо, з'являться на світовому ринку і зможуть зацікавити користувачів з України.

Керамічна батарея

В ETH Zurich, пише Есocociac, створили сонячну панель на основі кераміки. Вона виявилася в 1000 разів кращою за кремнієві аналоги, що використовуються повсюдно сьогодні. Кераміка з особливою наноструктурою, високим коефіцієнтом поглинання світла і високою провідністю, яка краща, ніж у перовскита і кремнію, насичена наночастинками оксиду алюмінію і перовскита. Обидва ці матеріали добре поглинають світло, і тому працюють на підвищення ККД пристрою.

Найтонші у світі сонячні батареї

У китайському Університеті науки і технологій Цзянсу розробили ультратонкі кремнієві фотоелементи. ЗМІ Ecoticias повідомляє, що ці багатошарові пристрої завтовшки 50 мікрометрів (тонше за аркуш паперу) настільки гнучкі, що скочуються в трубочку, вони не бояться вологи та екстремальних температур. Завдяки таким характеристикам їх можна застосувати для різних застосувань — БПЛА, дрібна електроніка, супутники тощо. Цікаво, що ККД становить аж 26%, а все завдяки міграції та поділу зарядів у тонких комірках.

Фотоелементи, що працюють уночі

У Стенфордському університеті знайшли спосіб змусити сонячні панелі збирати енергію світила вночі. Ecoticias пише, що цього досягли завдяки використанню термоелектричного генератора. Він перетворював зміни температури на електрику і працював як посередник між фотоелементами і повітрям, виробляючи струм. Під час експерименту генератор виробив лише 1% від струму, який генерувала сонячна батарея у світлий час доби, проте вночі цей показник сягнув 40%.

Сонячні батареї з особливим барвником

У німецькому Вюрцбурзькому університеті підвищили ефективність батарей за рахунок поглинання ними світла у всьому видимому діапазоні, повідомляв TechSpot. Вчені застосували 4 барвники, які дали змогу панелям вловлювати світло в ультрафіолетовому, видимому і ближньому інфрачервоному діапазонах. При цьому ефективність була на високому рівні. Кожен колірний шар поглинав світло в ультрафіолетовому, червоному, фіолетовому і синьому спектрах. Така сонячна батарея продемонструвала ККД на рівні 38%.

Прозорі та гнучкі фотоелектричні елементи

Австралійська організація наукових і промислових досліджень (CSIRO) розробила друковані сонячні елементи, які до того ж прозорі та гнучкі, розповідає Interesting Engineering. Вчені застосували метод "друк з рулону на рулон", щоб наносити кремнієві фотоелементи на особливі пластикові стрічки. Такий спосіб виробництва ефективний і швидкий. Рулони сонячних батарей можна буде встановлювати де завгодно і робити це самостійно — без допомоги фахівців, як це робиться зараз. У підсумку користувачі зможуть заощадити чималу суму на установці та обслуговуванні.

Перовскітні панелі з високими ККД і терміном служби

Перовскіт — альтернативний матеріал, який покликаний доповнити або замінити кремній у сонячній енергетиці. Як пише Interesting Еngineering, у лабораторії Міського університету Гонконгу було створено перовскітні батареї, ефективність перетворення енергії яких склала понад 26%. Дослідникам вдалося вирішити проблему нестабільності перовскита. У підсумку їхні пристрої можуть прослужити до 20 років. Це, звісно, на 10 років менше, ніж можуть кремнієві аналоги, але все ж є свого роду проривом.

Органічні рідкі сонячні батареї

Університет Канзасу розробив фотоелектричні елементи на основі карбону та органіки. Як повідомило медіа Advanced Materials, ці елементи виробляють у вигляді рідкого розчину, який можна наносити на будь-які стіни і в такий спосіб будівлі самі по собі стають електрогенераторами. Розчин поглинає світлові хвилі конкретних довжин, тому його можна робити різних кольорів, щоб він працював у різних спектрах. Нефулеренові акцептори, додані до складу речовини, підвищили ККД з 12% до 20%. Зазвичай збуджені електрони втрачають енергію, спрямовуючи її назовні, але завдяки акцепторам стався зворотний процес — квантова поведінка змінила напрямок теплового потоку, що зрештою дало змогу нейтральним ексітонам отримувати тепло з довкілля та дисоціювати на пару позитивних і негативних зарядів, які, своєю чергою, генерували електричний струм.

Раніше ми писали про те, що вчені створили гнучку сонячну батарею з перовскіту з ККД 27%. Перовскітні сонячні елементи, що складаються з шарів матеріалів, надрукованих або покритих рідким чорнилом, можуть бути налаштовані на реагування на кілька кольорів сонячного спектра.