Сферическая солнечная батарея доклад
Обновлено: 02.07.2024
Основной источник энергии для большинства космических аппаратов — Солнце. Однако чтобы эффективно собрать его лучи спутники должны обладать не только фотоэлектрическими преобразователями большой площади, но и специальными механизмами, чтобы ориентировать их рабочей поверхностью к светилу. Для небольших зондов масса таких конструкций слишком велика, поэтому исследователи из Саудовской Аравии предлагают простое и дешевое решение.
На первый взгляд, идея очевидна — сделать солнечные батареи сферическими. Так их можно обернуть вокруг микроспутника или установить на выносной конструкции, и значительная часть поверхности преобразующей свет в электричество всегда будет освещена. Прототип такого фотоэлектрического преобразователя в 2020 году представили ученые саудовского Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (сокращенно — KAUST). Описание технологии было опубликовано на портале Spectrum IEEE.
У новых солнечных батарей множество плюсов, которые позволяют применять их не только в космосе, но и на Земле. Благодаря своей форме, близкой к шарообразной, они собирают не только прямой свет от звезды, но и отраженный. В лабораторных условиях при имитации движения солнца по небу сферические фотоэлектрические преобразователи показали эффективность на 24-39% выше, чем выполненные в традиционном облике плоской панели. А когда источник света закрывался препятствием (например, навесом крыши), количество электричества, вырабатываемого новым типом батарей, оказалось на 60% больше, чем классическими плоскими.
Технологически, такие солнечные батареи производить, конечно, сложнее — в первую очередь, требуется на 15% больше операций травления при создании каждого фотоэлектрического преобразователя, из которых состоит вся сфера. Кроме того, исследователи пока не разработали полноценный техпроцесс сворачивания сферы, а тестовым образцам придавали форму вручную. Планируется создать специальную роботизированную руку, которая будет имитировать движения человека при сворачивании гибкой подложки.
Ученые из Научно-технологического университета имени короля Абдуллы (Саудовская Аравия) разработали многообещающий дизайн сферических солнечных батарей. Они исходили из концепции, что такая всесторонне направленная конструкция, в отличие от стандартных плоских панелей, сможет собирать свет, откуда бы он не исходил. В том числе, рассеянный и отраженный свет без прямых лучей солнца.
Чтобы удешевить устройство, за основу взяли типовые панели, в которых при помощи лазера и глубокого ионного травления прорезали бороздки во внешнем слое кремния. Далее панели аккуратно согнули по линиям прорезей, придав им подобие сегментов сферы. Такая процедура привела к уничтожению 15 % светопоглощающей поверхности, но потери были сразу же компенсированы – сферическая батарея показала 24 % прирост выходной мощности при непосредственном освещении лампой, имитирующей солнце.
Затем выяснилось, что по мере нагрева при освещении сферическая конструкция лучше отводит тепло, что увеличило ее преимущества над плоским аналогом уже на 39 %. Самые же лучшие результаты показали эксперименты с рассеянным светом, без прямого освещения панелей. В зависимости от типа отражающей поверхности, например, бумага, металл или песок, эффективность сферических элементов была на 60-100 % выше, чем у плоских. А еще оказалось, что на них оседает меньше пыли.
Дополнительное преимущество сферических конструкций – в отсутствии механизма поворота, так как их не требуется разворачивать вслед за Солнцем. Также сферические и просто изогнутые солнечные панели могут найти применение в архитектуре, как функционально-декоративные элементы отделки фасадов. Но для начала надо провести тестирование новой технологии на открытой местности и в разных географических точках.
Автономное энергоснабжение. Свободная и альтернативная энергия будущего. Бестопливные генераторы и "вечные двигатели" в каждый дом!
Современное стремительное развитие солнечной энергетики можно сравнить со скоростью развития компьютерной индустрии лет десять назад. Каждая последующая выставка, посвященная фотоэлектрическим технологиям, преподносит нам какие-либо сюрпризы в этой сфере.
Не так давно корпорацией Kyosemi в Токио под ТМ Sphelar была предложена новая концепция солнечных ячеек, выполненных в форме сферы. Выбранный дизайн обеспечивает более эффективное преобразование энергии, а также позволяет применять технологию в достаточно широком диапазоне.
Секрет максимальной эффективности
Согласно докладу Kyosemi Corp эффекты поглощения и отражения, присутствующие в плоских солнечных панелях, обеспечивают незначительную эффективность при преобразовании непрямого электромагнитного излучения.
К тому же, в течение дня направление световых лучей постоянно изменяется, и форма плоской статичной фотоэлектрической ячейки позволяет получать большой КПД за очень короткий период времени. А на автоматизированную систему отслеживания расположения солнца и обеспечение изменения ориентира плоской батареи требуются значительные затраты, не считая того, что для нее необходимо большое пространство.
При производстве ячеек Sphelar применяется уникальная технология: правильная сфера формируется благодаря расплавленным каплям силикона под влиянием микрогравитации.
Преимущества сферической формы солнечных элементов
Благодаря сферической поверхности новых солнечных ячеек Sphelar становится возможным улавливать световой поток (как отраженный, так и рассеянный) по всем направлениям. И при этом для обеспечения максимального КПД системы ориентировки батареи относительно электромагнитного потока излучения не требуется. Компания заявляет, что именно благодаря инновационному дизайну может быть достигнута беспрецедентная эффективность производства электричества.
Диаметр одной Sphelar ячейки составляет около 1,5 мм, каждую из которых можно подключать в электросеть как последовательно, так и параллельно. Кроме того, солнечные элементы могут наноситься на различные типы подложек (прозрачную, гибкую), что позволяет расширить сферы применения для преобразователей солнечных лучей.
Новую разработку возможно применять в тех случаях, где невозможно использовать привычного типа батареи: к примеру, монтировать в окна и витрины, сохраняя достаточно высокую прозрачность стекла.
Экология потребления.Наука и техника:За последние годы технологии солнечной энергетики проделали огромный путь удешевления и повышения КПД. Вместе с этим менялись также форма и формат солнечных панелей.
За последние годы технологии солнечной энергетики проделали огромный путь удешевления и повышения КПД. Вместе с этим менялись также форма и формат солнечных панелей.
Сферические солнечные батареи Spheral
На первый взгляд эти устройства больше похожи на диско-шары, нежели на электрогенераторы. Японская компания Kyosemi сделала свои панели круглыми, чтобы увеличить площадь, которая участвует в выработке электричества.
Вращающиеся батареи от V3Solar
Другой взгляд на будущее солнечной энергетики представила компания V3Solar. Голубая призма вырабатывает в 20 раз больше энергии по сравнению со своими плоскими аналогами. При этом она изначально защищена от перегрева: при работе она крутится вокруг своей оси, чтобы охладить поверхность и не дать КПД упасть.
Ставьте ЛАЙКИ, делитесь с ДРУЗЬЯМИ!
Подсолнухи от IBM
Гибкие панели
Возможно, самую полезную технологию в сфере солнечных панелей представил стартап из Лос-Анджелеса Sunflare — гибкие солнечные панели. Гибкие они на столько, что легко сворачиваются в рулон. Такие без проблем можно поместить на любые поверхности, не зависимо от их формы. При этом их масса на 65% меньше традиционных панелей, а эффективность на 10% выше.
Солнечные крыши от Tesla
Солнечные панели давно устанавливаются на крыши домов, но Tesla пошла дальше и решила делать крыши из солнечных панелей. Специальная солнечная черепица представлена в четырех вариантах, чтобы крыша была не только источником энергии, но и не выбивалась из общего стиля дома. Компания планирует интегрировать солнечные черепки в свою энергетическую философию: они будут взаимодействовать с Powerwall 2.0 и конечно же заряжать автомобили компании. При этом Илон Маск заявил, что его крыши будут дешевле обычных.
SolarWindow — прозрачные солнечные панели
Читайте также: