Солнечные панели станут еще более эффективными: топ-3 технологии, которые в этом помогут

Современные солнечные элементы, которые обычно основаны на кремнии, могут преобразовывать в среднем около 22% поглощаемого ими солнечного света в энергию. О том, что помогает им быть эффективными, сообщает Мировой Экономический Форум.

Солнечные технологии шагнули далеко вперед с тех пор, как в 1883 году изобретатель из Нью-Йорка Чарльз Фриттс создал первый солнечный элемент. Его устройство было не очень эффективным — оно было способно превратить в электричество лишь крошечное количество поглощаемого им солнечного света, около 1–2%.

Современные солнечные панели преобразовывают в среднем около 22% поглощаемого ими солнечного света. Более эффективные солнечные элементы означают, что каждая солнечная панель может генерировать больше электроэнергии, экономя материалы и необходимую землю.

Производство кремниевых солнечных элементов также является энергоемким процессом. Эксперты предупреждают, что к 2030 году мощность возобновляемой энергетики должна утроиться, чтобы ограничить глобальное потепление до 1,5°C, и, как прогнозируется, солнечная энергетика будет играть важную роль, поэтому отрасль стремится повысить эффективность своей технологии.

Недавние прорывы произошли благодаря перовскитам, семейству кристаллических соединений, которые ученые рассматривают как перспективную технологию для солнечных панелей.

Это связано с тем, что их можно заставить реагировать на различные цвета в солнечном спектре, что означает, что в сочетании с другим материалом, например кремнием, они могут выдавать больше энергии от одного и того же устройства.

Перовскиты, более простые в производстве, менее затратные и более гибкие, находятся в центре внимания все большего числа исследований и инвестиций, при этом организации по всему миру, в том числе в Германии, Саудовской Аравии и Китае, работают над поиском вариантов, которые обеспечивают наилучшую эффективность, максимальную долговечность и наименьшую стоимость.

В недавно опубликованном материале исследовании китайский производитель солнечных модулей LONGi описывает достижения, достигнутые с помощью его тандемного солнечного элемента на основе перовскита и кремния, который работает путем наложения сверхтонкого перовскитного элемента поверх стандартного кремниевого элемента.

Благодаря тому, что LONGi называет "серией технологических прорывов", которые включают в себя лучшую структурную связь между ячейками и обеспечение эффективного переноса заряда, ей "экспериментально" удалось достичь сертифицированной эффективности 33,9%. Компания заявляет, что это рекорд для этого типа ячеек и важная веха в исследованиях, поскольку он превышает теоретический предел однопереходных солнечных ячеек.

Эти рекордные ячейки крошечные, размером 1 см2, и производятся в лабораториях. Но исследователи говорят, что у них большой потенциал, и работают над тем, чтобы перенести эти уровни эффективности на ячейки коммерческого размера.

Эксперты видят перспективы перовскита и в других формах. Поскольку его можно использовать в качестве чернил, его можно печатать на любом объекте, а также формировать в нити для вплетения в ткань, сумки или строительные материалы.

Ученые Оксфордского университета использовали перовскит для разработки энергогенерирующего материала, который они описывают как тонкий и достаточно гибкий, чтобы его можно было применять в повседневных предметах, таких как мобильные телефоны и автомобили. Материал сертифицирован независимыми организациями и обеспечивает более 27% энергоэффективности.

По мере продолжения исследований будущего солнечных панелей необходимо будет решать такие проблемы, как обеспечение устойчивости добычи и переработки полезных ископаемых, необходимых для этой технологии.

Однако эксперты из Оксфорда утверждают, что подобные исследования в конечном итоге могут привести к появлению новой отрасли, которая будет производить материалы для генерации дешевой и устойчивой солнечной энергии с использованием существующих зданий, транспортных средств и объектов.

Другие инновации исследовали интеграцию солнечной генерации в нашу городскую среду, включая солнечные окна. Используя прозрачную солнечную технологию, которая поглощает ультрафиолетовый и инфракрасный свет и превращает их в возобновляемую энергию, эти окна могли бы превратить небоскребы в солнечные фермы и были установлены в зданиях, в том числе в США и Европе.

Исследователи также работают над панелями, которые преодолевают ключевую проблему с солнечными батареями, работая в темноте или используя трение, создаваемое дождем, падающим на панели, для выработки электроэнергии.

Между тем, ИИ используется для оптимизации эффективности солнечных ферм, а квантовые технологии были определены в отчете Всемирного экономического форума как имеющие силу для продвижения дизайна солнечных элементов.

Ученые утверждают, что, независимо от инноваций, солнечная энергия, скорее всего, станет основным источником энергии в мире к 2050 году. Однако жизненно важны исследования, направленные на то, чтобы сделать ее более эффективной, доступной и устойчивой.

В свою очередь немецкая компания Heliatek создала солнечную пленку на основе органических фотоэлектрических элементов, которая может превратить практически любое здание в генератор.