Печать солнечных батарей — будущее солнечной энергии – arduino+

Солнечные батареи, как устроены и их будущее — Очень Интересно

Использованию энергии солнца уделяется всё больше внимание на планете. Многие страны, как например США, поощряют её применение не только в промышленных масштабах, но и в частном секторе.

Основным элементом, позволяющим получать электроэнергию от солнца, являются определенные панели, которые состоят из специально разработанных для этого фотоэлементов. Как раз солнечным батареям посвящена эта статья.

В ней мы рассмотрим: как они устроены, для чего нужны, сколько энергии можно получить благодаря им и возможно ли их сделать собственными руками.

Солнечная батарея — как устроена

Наиболее распространенным элементом, который востребован при создании солнечных батарей, является кремний.

Кроме него для производства этих источников энергии, применяют: селениды меди, Галлий, Индий, теллурид кадмия. Использование этих элементов позволяет сделать более устойчивым это изделие к температурным перепадам.

При изготовлении солнечных панелей используют разные технологии, наиболее распространёнными являются:

Поликристаллическая;
Монокристаллическая.

Последняя считается менее затратной и инновационной, что дает возможность производить элементы, преобразующие излучение света более дешевле. Несмотря на довольно-таки значительный период существования солнечных панелей принцип их действия остался неизменным.

Модернизация затронула лишь материалы и конструктивные особенности. Это позволило существенно увеличить КПД устройства и улучшить показатель фотоэлектрического преобразования.

Следует учитывать, что на величину напряжения и выходного тока панели влияет не только её площадь, но и непосредственно внешняя освещённость, чем она больше, тем эти показатели лучше.

Этого добиваются, монтируя группы модулей, в основе которых лежат солнечные ячейки на специально разработанные поворотные механизмы. Что позволяет разворачивать солнечные панели вслед движению небесного источника света.

Солнечный модуль —> контроллер —> аккумулятор —> инвертор

Принцип работы этого устройства многим знаком со школы, он основан на преобразовании света в электричество p-n переходом.

Проводимые на уроках опыты наглядно демонстрировали как свет, направленный на транзистор, верхняя крышка которого отсутствовала, инициировал возникновение минимальных электрических волн. Чтобы добиться стабильного напряжения всего-то и нужно – сделать площадь p-n перехода значительно больше.

Поэтому в структуре фотоэлектрического преобразователя используется вместе с вышеописанным p-n переходом ещё и два специальных электрода которые позволяют снимать возникающее выходное напряжение.

Сколько энергии вырабатывают различные солнечные батареи

Как уже упоминалось выше, мощность вырабатываемой солнечной панелью энергии зависит от многих факторов: конструкции, используемого материала, площади, уровня освещенности.

В погожий день, летом, без облаков на поверхность равную 1 квадратному метру приходится приблизительно 1 кВт мощности излучения солнца.

Но таких дней немного, когда тучи закрывают всё небо этот показатель может опускаться до 100 Вт, поэтому для расчётов возьмём усредненное значение в 500 Вт.

Наиболее минимальным КФД в 5% обладают органические фотоэлементы. Затем идут фотохимические и аморфные элементы с 10% фотоэлектрического преобразования. Соответственно один квадратный метр таких панелей, станет вырабатывать соответственно 25 и 50 Вт.

Наиболее применяемыми стали фотоэлементы на основе полупроводников, изготовленных из кремния. Их расчётный КФД колеблется от 20 до 25 процентов. Что позволяет такой метровой панели выдавать до 125 Вт мощности.

Элементы, изготовленные из арсенида галлия, занимают первое место по своим показателям. Такие солнечные батареи позволяют вырабатывать до 150 Вт с 1 м2, так как их показатель фотоэлектрического преобразования превышает 30%.

Что могут солнечные батареи, и какое у них будущее

Применение солнечных батарей, с каждым годом, становиться всё более популярным. Они находят применение не только в электрификации дачи или жилого дома, но и во многих других сферах. Начнем с космоса.

Здесь использование солнечных панелей давно стало нормой: они снабжают энергией различные теле-, радио-, GPS-спутники, МКС и прочие космические аппараты.

Большинство инновационных материалов и технологий первыми проходят испытания на земной орбите, а уже потом находят применение в быту.

Для экономии электроэнергии возможности фотоэлектронных преобразователей используются на улицах многих городов:

Искусственные деревья с такими панелями позволяют вырабатывать энергию для освещения улиц, раздачи Wi-Fi, подзарядки телефонов.
Установка фотоэлементов позволяет автономно работать терминалам, вывескам, светофорам и прочим объектам инфраструктуры.
Интеграция солнечных батарей в дорожное покрытие. Заменяя асфальтовое покрытие специальными панелями можно не только вырабатывать дополнительную электроэнергию, но и использовать её для иных целей: подсветки дорожных объектов, отводу и очищению сточных вод, растапливанию снега и прочее.

В медицине фотоэлементы нашли своё применение. Чтобы постоянно не менять батарейки на различных имплантах, там используют аккумуляторы, подзаряжающиеся от пластин вживляющихся под кожу. По итогу фотоэлектронные преобразователи становятся востребованы буквально везде.

Можно ли самому сделать солнечные батареи

При большом желании изготовить солнечную панель можно самостоятельно. Для этого необходимо правильно:

Рассчитать необходимую для питания всех приборов выходную мощность;
Выбрать с соответствующим КФП фотоэлементы;
Изготовить каркас;
При необходимости провести пайку;
Собрать элементы в одну панель;
Осуществить их герметизацию;
Установить на выбранное место.

Это все не потребует специальных навыков, главное, не боятся.

Итог

Солнечная энергетика всё больше завоёвывает поклонников. Развитие этих технологий удешевляет материалы и увеличивает КПД солнечных батарей. Их применение в различных сферах даёт надежду, что люди, наконец, перестанут отравлять земную атмосферу, что соответственно положительно отразится на их здоровье.

Источник: https://OchenInteresno.com/ru/technologies/solar-panels-how-are-their-future/

Кубанский ученый разработал технологию печати солнечных панелей на принтере

Печать гибких солнечных батарей от Дмитрия Лопатина

МЕСТО ПОД СОЛНЦЕМ

Идея создания гибких батарей родилась у выпускника аспирантуры кафедры радиофизики и нанотехнологий КубГУ, когда он, будучи студентом, проходил практику на краснодарском предприятии «Сатурн», которое занимается разработкой солнечных и аккумуляторных батарей для космических кораблей.

«Меня всегда интересовали экологические проекты, позволяющие хотя бы частично уменьшить зависимость от энергоресурсов», – объясняет свое увлечение Дмитрий Лопатин.

Сегодня работа над технологией является одним из проектов компании Wira Energy, созданной Лопатиным в 2011 году совместно с еще одним лауреатом Зворыкинской премии, москвичом Александром Атамановым.

«Мы в Краснодаре больше занимаемся собственными разработками, – объясняет Дмитрий Лопатин. – Функции Александра (Атаманова. – Прим. ред.) – бизнес, встречи и переговоры. Помимо проектов Wira Energy у него есть еще и два своих».

Над технологией производства гибких солнечных батарей краснодарец вместе с однокурсником Олегом Барановым, а также аспирантами и студентами КубГУ работает уже около трех лет.

Свои разработки они проводят частично на базе университета, частично – на заводе «Сатурн».

Предложенный краснодарцами тип тонкопленочных солнечных модулей сегодня менее развит, чем батареи на кристаллическом кремнии. Общий объем их производства в мире составляет примерно четверть от всей фотоэлектрической промышленности.

Особенность подобных панелей в том, что полупроводник в них осаждается на подложку тонким слоем (толщиной порядка одного микрона). А в качестве полупроводника могут выступать различные материалы, обладающие способностью поглощать свет.

Тонкопленочные модули не требуют прямых солнечных лучей и работают при рассеянном излучении. Поэтому их суммарная годовая мощность на 10-15% больше, чем у традиционных кристаллических солнечных панелей.

Кроме того, подобные батареи более эффективны в условиях тумана, пасмурной погоды, а также в местах с высоким содержание макрочастиц в воздухе. Единственным их недостатком является то, что они занимают площадь в 2,5 раза больше, чем моно- и поликристаллические панели.

«Наши модули состоят из слоя пластика и непосредственно самого слоя батареи, – поясняет Дмитрий Лопатин. – Качества батарей мы добиваемся за счет того, что наносим слои равномерно, тонким распылением».

По словам краснодарца, использование недорогих материалов, а также снижение их расхода за счет технологии приводит к уменьшению удельной стоимости получаемой энергии примерно в 4 раза. Это позволяет значительно сократить срок окупаемости панелей. Кроме этого, устройства по производству батарей позволяют в автоматизированном режиме печатать целые рулоны солнечных ячеек.

«Сейчас для производства одного квадратного метра панелей требуется около двух часов. В перспективе мы хотим добиться результата в 30 квадратов за сутки», – объясняет г-н Лопатин.

Себестоимость 1 кв. м солнечных батарей составляет 3-4 тыс. рублей, а затраты, понесенные на создание установки для производства ячеек, – порядка 300-400 тыс. рублей. Основной доход Wira Energy планирует получать от продажи батарей, но не исключается и возможность реализации установок.

И хотя область применения гибких панелей довольно широка, компания в большей степени ориентируется на использование своих батарей для электростанций. «Подобные модули могут использоваться для тех же нужд, что и обычные кристаллические, плюс благодаря гибкости их можно встраивать в одежду, палатки и другое туристическое снаряжение.

Однако нас больше интересует использование панелей на крышах домов», – рассказывает Дмитрий Лопатин.

Именно производство солнечных батарей для электростанций сегодня занимает большую часть мирового рынка – 90%. Оставшиеся 10% приходятся на текстильную промышленность.

По данным РБК, основными предприятиями по объемам выпуска солнечных фотоэлементов и модулей в России являются «Солнечный ветер» (Краснодар), «ТелекомСТВ» (Москва, Зеленоград), московское предприятие «Всероссийский НИИ электрификации сельского хозяйства» (ВИЭСХ), «Сатурн» (Краснодар) и СОЛЭКС (Рязань).

Их доля на рынке страны – более 80%, в мире же российским компаниям принадлежит лишь около 1% общего объема производства. Дмитрий Лопатин считает, что их продукции вполне по силам выйти на международный рынок.

«Главными технологическими конкурентами для нас сейчас являются американские компании Nanosolar и Twin Creeks Technology. Они используют похожие решения, однако наша технология в некоторых областях точнее и дешевле», – объясняет Лопатин.

ЭНЕРГИЯ ГРАНТОВ

В свой проект краснодарцы уже вложили около 600-700 тыс. рублей. Из них 500 тысяч составили правительственные гранты и лишь 200 тысяч – собственные средства компании.

Со своей технологией Дмитрий Лопатин стал лауреатом конкурса «Энергия молодости», организованного фондом «Глобальная энергия», а также получил помощь от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (фонд Бортника). Общая сумма грантов составила более 1 млн рублей.

Еще на 1 млн рублей краснодарцы могут рассчитывать в случае присуждения Зворыкинской премии. Проект уже дошел до полуфинала конкурса, набрав по итогам первого этапа наибольшее количество баллов в номинации «Чистые технологии».

По словам Дмитрия Лопатина, чтобы доработать до конца образец устройства для печати батарей, потребуется еще около 3-4 млн рублей. «Мы уже изготовили небольшую установку для производства. Недавно из США пришли детали для второй.

Когда будет готова более масштабная модель, можно будет выходить на рынок», – рассказывает разработчик. Сейчас проект не имеет инвесторов, но разработкой активно интересовались представители Российской венчурной компании, а также ГК «Ренова».

Последняя, кстати, недавно вместе с Роснано запустила в Новочебоксарске предприятие полного цикла по производству солнечных модулей на базе технологии тонких пленок.

Однако сам Дмитрий Лопатин считает, что вкладывать деньги в проект пока рано. «Для начала необходимо отладить технологию, – говорит молодой ученый.

– А вот через год, когда все необходимое будет сделано, имеет смысл привлекать инвестиции для масштабирования производства». Именно совершенствование технологии станет главной задачей разработчиков на ближайшее время.

Недавно они нашли еще одно помещение для работы в нескольких километрах от Краснодара. Там молодые специалисты планируют запустить тестовое производство своих батарей.

КОРЕЙСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

Проекты «Печатаемые гибкие солнечные батареи» и W.IRA являются основными для компании Wira Energy. И если первый пока еще находится на стадии разработки, то последний вот-вот должен появиться на рынке. Недавно компания получила российский патент на изобретение, а также запустила серийное производство встраиваемых в столешницы блоков для зарядки смартфонов.

Технологию российских разработчиков уже высоко оценил соучредитель Apple Стив Возняк, со своими предложениями к краснодарцам обратились Nokia и Samsung. С представителями последней создатели W.IRA должны в скором времени подписать контракт.

По словам Дмитрия Лопатина, сумма сделки оценивается в несколько десятков миллионов долларов. «Мы пока на стадии подписания соглашения. Недавно была оформлена международная патентная заявка.

Но чтобы Samsung смог внедрить наше изобретение, необходимо еще подать несколько заявок по странам, в том числе и в Корее», – рассказывает аспирант КубГУ. Пока же команда Лопатина размышляет над тем, как лучше поступить со своим изобретением: производить самим или использовать трансфер технологий.

«Мы больше склоняемся к промежуточному варианту. Линзы для поля будем делать сами. Остальное передадим в Samsung, у них получится сделать лучше и дешевле», – поясняет Лопатин.

Сейчас первоочередная задача для краснодарца – вывести главные продукты компании на рынок. А после этого, как признается сам ученый, он хотел бы заняться разработками, связанными с медициной.

«Есть у меня еще один проект – компактный магнитный энцефалограф для лечения нервной системы. В нем частично используются технологии, ранее реализованные в беспроводных источниках питания.

Только здесь они применяются для магнитной стимуляции мозга, – рассказывает изобретатель. – Также параллельно идет работа над системой магнитной энцефалографии.

Ее отличие в том, что считываются не электрические потенциалы, а слабое магнитное поле мозга, которое примерно в тысячу раз слабее магнитного поля Земли. Эти датчики позволят лучше считывать глубинные сигналы мозга и создать более совершенные модели нейрокомпьютерных интерфейсов».

Пока ученые больше сконцентрированы на лечении заболеваний и заняты созданием шлема, позволяющего проводить стимуляцию головного мозга с целью избавления от последствий инсультных параличей и заикания.

По словам Дмитрия Лопатина, область медицины его всегда привлекала.

Единственным ее недостатком он считает длительный период разработки – от начала работы над проектом до внедрения медицинской технологии проходит, как правило, не менее пяти лет.

Источник: https://the-day-x.ru/kubanskij-uchenyj-razrabotal-texnologiyu-pechati-solnechnyx-panelej-na-printere.html

Самодельный трекер для солнечных батарей на Arduino | Каталог самоделок

Чтобы получить максимальную пользу от использования солнечных батарей применяют трекер. Его задача состоит в том, чтобы следить за нахождением солнца. Эту функцию выполняет серводвигатель, который выполняет свои вращательные движения благодаря двум датчикам. За счет своей простоты достигается высокий коэффициент полезности.

Данный вид прибора оснащен двумя датчиками-фоторезисторами, которые расположены в разных сторонах от ровной поверхности под наклоном. Если рассматривать их по отношению к друг другу, то они располагаются под прямым углом. Сверху датчиков прикреплены специальные колпачки, которые делают падающие лучи света узконаправленными.

Трекер оснащен специальным контроллером фирмы Arduino, который служит для приема показаний с датчиков и их анализ. Эти значения показывают направленность к солнцу.

Если они одинаковые, значит платформа правильно повернута на солнечную сторону. Когда они отличаются друг от друга, Arduino воздействует на серводвигатель, заставляя его поворачиваться в нужную светлую сторону.

Платформа выполнят вращательные движения до тех пор, пока значения двух датчиков не будут равны между собой.

Чтобы не происходил чрезмерное вращение платформы, установлены специальные программные требования, которые в случае возникновения такой ситуации произведут ее остановку.

В данной программе присутствует постоянная deadband, которая не дает платформе дергаться в разные стороны. Это может произойти из-за разных показателей.

Константа позволит контроллеру не давать никаких указаний двигателю.

Также, конструкторами были разработаны две переменные, которые помогаю датчиками давать четкие значения.

Скетчи для Arduino

На начальном этапе установленные программы описывают библиотеки и определяют пины и константы.

#include
//IO Pins
int pinL = 5;              //IO Pin левого фоторезистора
int pinR = 4;              //IO Pin правого фоторезистора
int pinServo = 11;         //PWM pin серво
int leftValue = 0;         //Значение левого фоторезистора
int rightValue = 0;        //Значение правого фоторезистора
int error =0;              //Разница между показаниями двух датчиков
int errorAVG = 0;          //Error Average – Rolling 2 Point
int deadband = 10;         //Мертвая зона (защита от джиттера)
//Servo Stuff
Servo hServo;              //servo object
int Position = 45;         //Position to write out
int minPos = 5;            //Min позиция
int maxPos = 150;          //Max позиция
float output = (maxPos – minPos) /2; //Initial output Position

Далее будет произведена расшифровка функции Setup. Данный вид работы происходит только один раз при включении или выключении контролера. На монитор высвечиваются все данные, которые можно настраивать до получения желаемого результата. К примеру, произведем проверку двигателя по всей траектории.

void setup()
{
Serial.begin(9600);
hServo.attach(pinServo);
//Set Servo to Centre for Alignment Purpose
Serial.println(“Перемещение к начальной позиции”);
hServo.write(minPos);
delay(5000);
Serial.println(“Перемещение к конечной позиции”);
hServo.write(maxPos);
delay(5000);
Serial.println(“Перемещение к средней точке”);
hServo.write(output);
delay(5000);
Serial.println(“Going Live…………….”);
}

Настройка заключительной части кода происходит с помощью функции loop. Благодаря ей показатели с датчиков поступают в контроллер, и только потом после тщательных расчетов выдается команда серводвигателю.

void loop()
{
//Чтение значений с фоторезисторов
   leftValue = analogRead(pinL);
   rightValue = analogRead(pinR);
Serial.print(“L = “); Serial.print(leftValue); Serial.print(” | “);
Serial.print(“R = “); Serial.print(rightValue); Serial.print(” | “);
Serial.print(“E = “); Serial.print(error); Serial.print(” | “);
Serial.print(“Eavg = “); Serial.print(errorAVG);
Serial.println();
//Расчет
error = leftValue – rightValue;
errorAVG = (errorAVG + error) / 2;
float newOutput = output + getTravel();
if (newOutput > maxPos)
{
   Serial.println(“At Upper Limit”);
   newOutput = maxPos;
}
else
{
   if (newOutput < minPos)    {      Serial.println("At Lower Limit");      newOutput = minPos;    } }     Serial.println("Writing output");     //Вывод команды управления серво     hServo.write(newOutput);     output = newOutput; } }

Программа обладает такой функцией как getTravel, которая определяет сторону поворота платформы.

int getTravel()
{
// -1 = Влево; +1 = Вправо

if (errorAVG < (deadband * -1)) { return 1; } else { if (errorAVG > deadband)
{
return -1;
}
else
{
//Ничего не делаем
return 0;
}
}
}

Такой прибор как солнечный трекер может использоваться и в других устройствах. Например, применить его для улучшения показателей фильтрации. Для этого необходимо только добавить соответствующие программы и еще один серводвигатель.

Источник: https://volt-index.ru/muzhik-v-dome/samodelnyiy-treker-dlya-solnechnyih-batarey-na-arduino.html

Печать солнечных элементов на любом материале

Австралийские ученые, специализирующиеся на солнечной энергии, сегодня на один шаг ближе к созданию более дешевого и быстрого способа печати солнечных элементов на пластике.

Старший научный сотрудник CSIRO (национальное научное агентство Австралии, одно из крупнейших и наиболее диверсифицированных исследовательских агентств в мире) доктор Фиона Скоулз (Fiona Scholes) рассказала, что технология находится уже почти на стадии коммерциализации и может быть установлена и использована где угодно — от корпусов ноутбуков для их подзарядки, до снабжения домов путем установки на крыше.

«Чехлы для планшетов, мобильных телефонов, сумки для ноутбуков – мы хотим чтобы они служили не только для переноса или защиты устройств, но и для генерации энергии для зарядки этой электроники», говорит доктор Скоулз.

Консорциум Органических Солнечных Элементов (сотрудничество между научными учреждениями и промышленностью, базирующейся в штате Виктория), который стоял за разработкой проекта, включает в себя также ученых из CSIRO, университета Мельбурна и университета Монаш, работающих над печатью солнечных батарей с 2007 года.

Команда быстро показала результаты, создав солнечную батарею размером с монету и увеливия ее до размера А3.
Доктор Скоулз рассказала, что команда использовала коммерческие принтеры, которые были модернизированы для работы с солнечными чернилами.

«Это очень дешево. То, как это выглядит и работает значительно отличается от традиционных кремниевых солнечных элементов», говорит она.

«Солнечная панель может быть сделана полупрозрачной – мы можем использовать ее для тонированя окон».
По словам доктора Скоулз любые пластиковые поверхности могут быть заменены на солнечные батареи. Это делает их идеальными для энергопитания небоскреба, например.

Команда создала процесс, который использует каплеструйную печать, обратную глубокую печать и тонкопленочное нанесения, на ряду с шелкотрафаретной печатью. Используя полупроводниковые чернила, исследователи напечатали солнечные элементы непосредственно на гибкой, толщиной в лист бумаги, пластиковой PET подложке – материале, из которого сделаны бутылки для минеральной воды и газировки.

Ячейки так же могут быть напечатаны на стали или на полупрозрачном материала для покрытия окон и облицовки зданий. Скорость печати на данный момент превысила 10 метров в секунду, выдавая готовый солнечный элемент каждые 2 секунды.

«Мы печатаем солнечную панель на пластик примерно таким же образом, как печатаются наши пластиковые банкноты, кредитки», объясняет Скоулз.

«Подключать солнечную панель также просто, как и подключить батарею».

Пока главным недостатком этой технологии является то, что напечатанная солнечная панель работает только на 10% эффективности кремниевых элементов.

Тем не менее, команда ожидает сокращения разрыва благодаря улучшению солнечных чернил, таким образом, чтобы они смогли генерировать больше электроэнергии.

Первоначальная продолжительность жизни печатных солнечных батарей было всего шесть месяцев, но команда работает над увеличением этого срока до 10 лет.

Доктор Скоулз описывает разницу между печатной солнечной батареей и кремнием: «Было бы замечательно, если бы мы смогли достичь аналогичную подачу питания по значительно сниженным ценам. Кремний падает в цене, но подумайте, насколько дешев пластик. Чернила имеют незначительную стоимость, так что получается сырье экономически эффективно.

Это большой шаг вперед, потому что вы сможете разместить эти солнечные элементы везде, где захотите. Также применимость этих элементов гораздо лучше, чем у кремния – она хорошо работает в облачную погоду».

Пока команда не может производить коммерческий продукт самостоятельно, ряд компаний уже вызвались, чтобы обсудить изготовление солнечных элементов. И хотя принтер, который использует команда, стоит около $ 200 000, эффект масштаба промышленного производства, как ожидается, сделает солнечные элементы значительно доступнее.

Источник

__________________________________________________________

Источник: http://www.ekopower.ru/pechat-solnechnyih-elementov-na-lyubom-m/

Новые солнечные элементы устроили революцию в альтернативной энергетике

Принципиально новый солнечный элемент, созданный в лаборатории НИТУ “МИСиС” под руководством приглашенного профессора из Университета Техаса Анвара Захидова, будет стоить в три раза дешевле лучших аналогов из кремния. А при массовом производстве разница станет 4-6-кратной. Это сулит настоящий прорыв в солнечной энергетике.

Впрочем, уже сегодня она бурно развивается, а планы вообще грандиозные. Так, Европа намерена к 2020 году довести вклад Солнца в общий объем электропотребления до 25 процентов, а к 2040 году до 40 процентов. Не менее амбициозные планы и у США: к 2020 году выработка солнечной электроэнергии в стране должна составлять 25 процентов.

Словом, ведущие страны делают ставку на Солнце. Правда, с одной оговоркой: пока она нуждается в серьезной подпорке государства. Ей предоставляются самые льготные условия для интенсивного развития.

Ученые создали батарейку, вживляемую под кожу

Впрочем, высокая цена по сравнению с традиционными источниками энергии не единственный минус солнечного ватта. Само получение кремния, из которого изготавливаются солнечные батареи, создает массу проблем. Оно токсично, дорого, требует много энергии.

Более того, такими батареями неудобно пользоваться: они жесткие, тяжелые и хрупкие, для установки нужны специальные прибамбасы. Словом, с ними много возни. Совсем другое дело – батарея гибкая. Ее можно раскатать как рулон на любой изогнутой поверхности. Что сразу расширяет сферы применения.

Именно такие солнечные элементы впервые в России созданы учеными и инженерами МИСиС.

– В них вообще нет кремния, что и позволило придать батарее необходимую гибкость, – объясняет сотрудник лаборатории Данила Саранин. – Это тандем из материала, который называется перовскит, и полупроводниковых полимеров. В отличие от дорогого кремния перовскит стоит копейки.

Но главное преимущество такого тандема даже не в этом. Технология изготовления батареи из кремния очень сложна, для нее требуются глубокий вакуум и дорогостоящее оборудование. А наш метод намного проще и дешевле. Фактически солнечные элементы можно печатать на простых устройствах.

Самолет на солнечных батареях пересек Тихий океан

Старт перовскитной электронике дали японцы, которые впервые создали солнечный тандем с КПД 3,9 процента. В мире сразу же оценили перспективы, в гонку включилось множество ведущих зарубежных лабораторий, и сейчас КПД уже достиг 21,3 процента.

Но если для кремния эта цифра почти близка к пределу его возможностей, преодолеть который не позволяют законы физики, то солнечный тандем способен на большее. Дело в том, что кремний собирает только небольшую часть видимого солнечного спектра, а тандем практически весь.

Здесь и лежат перспективы роста.

– Кроме того, мы намерены еще больше повысить КПД за счет своего другого ноу-хау, – говорит Саранин. – Если совсем просто, то суть в следующем. Наш элемент состоит из восьми слоев, то есть похож на сэндвич.

Зачем столько? Свет не сразу превращается в электрический ток, для этого ему требуется пройти несколько каскадов преобразований. Так вот наши конкуренты соединяют все эти слои последовательно, плюс к минусу.

Мы предложили иной вариант – соединять параллельно, плюс к плюсу, минус к минусу. Как показали эксперименты, это позволяет существенно поднять КПД.

Сейчас ученые тестируют полученный солнечный элемент, а уже в будущем году намерены приступить к его промышленным испытаниям.

Инфографика РГ/Антон Переплетчиков/Михаил Шипов/Юрий Медведев

Источник: https://rg.ru/2016/05/24/novye-solnechnye-elementy-ustroili-revoliuciiu-v-alternativnoj-energetike.html

Солнечные батареи размером А3 печатают на принтере

Достижение успеха в печати солнечных панелей

Недавно группа ученых из разных австралийских университетов разрабатывала технику печати солнечных элементов. Ученые заявили о том, что создание машин, которые способны печатать панели большого размера. Это открывает возможности для пользования солнечной батареи, так как делает изготовление их дешевым, массовым.

Ученым и инженерам уже удавалось печатать солнечные панели размером около 297х420 мм. Это соответствует нормальным размерам листа, формата А3. За десять минут принтер может печатать десяти — метровый лист с солнечным фотоэлементом.

Для печатей панелей ученые используют фотогальванические чернила, принтер, примерно стоимостью $ 200тысяч. Технологии, как отмечают ученые, аналогичны той, что используется при печати изображений на одежде, например на футболках.

Ученые также отмечают, что делали прорыв, аналогичный принтер другого поколения в 2010 году.

Доктор Уоткинс, с австралийской научно–производственной исследовательской организации CSIRO заявлял: «Панели подобного размера являются просто универсальными.

Можно использовать их в рекламных вывесках, также для освещения. Можно вставить в крышку ноутбука, чтоб добавить к устройству вариант альтернативной батареи», говорит The SlashGear.

Полезное применение солнечных батарей

Авторы самого проекта считают достижение успехом. Говорят о применениях подобных батарей в разных сферах жизни.

Батареи смогут находить применение в рекламных вывесках, которые будут высвечиваться с их помощью ночью. Плакаты рекламы теперь станут активными, так как дешевый, надежный источник энергии будет рядом, что даст возможности использовать вместо текстиля, полимеров обычные LCD-панели.
А еще такие батареи можно строить в кейсы, сумки, чехлы, даже на крышку портативного устройства, которые могут быть подзаряжены также во время активной работы.

Возможности солнечных панелей

VICOSC занимается подобным проектом уже около трех лет. А начиналось все просто: с печати батареи площадью около 1 см 2, с новым принтером, цена которого составляет примерно 200 тыс долларов. Появилась возможность изготавливать батарею площадью около 30 см2.

В основах технологий лежит пользование полупроводниковых чернил. Они наносятся на поверхности тонкого листа пластика. Принтер напечатает скоростью десять метров в минуту. Это дает хорошую возможность произвести одну батарею форматом А3 всего за две секунды.

Ученые также говорят про возможность наносить печатный состав солнечной панели на абсолютно любую поверхность. В будущем ведь можно будет создать солнечные батареи на поверхностях крыш, окна, стены. Благодаря активному развитию подобной технологии, она может быть первой общедоступной по-настоящему. Это позволит каждому человеку получать нужное количество фото — электрических панелей.

По мере того как все исследователи могут уменьшить масштабы оборудования, возможность этих технологий становятся больше. В конечном итоге мы можем закрывать подобным ламинированием окна многих небоскребов.

Посредством прямой печати на такие материалы как например сталь, мы можем встраивать солнечные панели в кровельных конструкциях.

Органические панели, которые производят почти 10-50 Вт энергии на один квадратный метр, также смогут быть использованы для улучшений эффективности кремниевой батареи.

Прогнозирование будущего применения солнечных панелей учеными

Ученые дальше прогнозируют, что в будущем мировой энергетический микс сможет включить множество нетрадиционных энергетических источников. Мы должны будем оставаться на верхней границе в разработках новой технологии, которая стимулирует науку, поддерживают локальное высокое технологичное производство.

Принтер, возможно, сможет превращать пластик, металл в панели, размером почти с ноготь до формата А3.

Известный доктор Скотт Уоткинс из CSIRO говорит, что такие элементы найдут широчайшее применение на крыше домов, также на стеклянных поверхностях, что интересно даже для зарядки личного цифрового устройства.

Почти за три года, как отмечают исследователи могли бы увеличивать размер печатаемых элементов от 2 см до 30 см в ширину.

Источник: http://ecology-of.ru/kontsepty/solnechnye-batarei-razmerom-a3-pechatayut-na-printere/

Контроллер заряда солнечных батарей

В настоящее время все большую популярность набирают системы, в которых не требуется подключение к сети электропитания. В состав системы входят: генератор энергии, контроллер (ШИМ, МРРТ, к примеру, фирма Arduino), реле, инвертор (совершает поворот тока) и провода. Ниже представлены различные варианты получения энергии с использованием природных источников и преобразованием их энергии.

Контроллер заряда солнечных батарей с цифровым дисплеем Morningstar

Системы автономного обеспечения энергией

Ветрогенераторы

Востребованы в местности с сильными ветрами, иначе их рентабельность заметно падает. Данные системы просты в эксплуатации и обслуживании.

Преимущества очевидны:

Система полностью автономна, топливо не требуется.

Простая конструкция, не требующая дорогостоящего обслуживания. Ремонт сводится к профилактическому осмотру.
Для бесперебойной работы не требуется остановка системы. При отсутствии ветра энергия потребителям идет с аккумуляторных батарей.
Бесшумная работа системы достигнута за счет прогрессивных материалов и конструкций ветрогенераторов.

Для получения оптимальных показателей необходимо чтобы были выполнены следующие условия:

Устойчивый ветер. Перед установкой нужно предусмотреть отсутствие вблизи лесов и парков, показатели скорости и силы ветряных потоков.

Для установки понадобится специальная техника для установки мачты ветрогенератора.
Периодически обновлять смазочные материалы для продолжительной службы системы.

Солнечные панели (батареи)

В сравнении с ветрогенераторами у солнечных батарей более сложный процесс изготовления, в связи с чем их стоимость будет выше. Но такие системы технологичнее по ряду преимуществ:

Так же, как и ветрогенераторы, солнечные батареи не нуждаются в топливе, работают бесшумно и без перерыва.

Более долговечны. Время эксплуатации превышает ветрогенераторы на 10 лет.
Более доступная кинетическая энергия. Солнечный свет более постоянный, чем порывы ветра.
Область установки. Солнечная энергия намного доступнее ветра.
Регулировка мощности. У ветрогенераторов мощность фиксированная, а на солнечных батареях есть возможность устанавливать нужную в зависимости от потребностей.

Единственным недостатком солнечных панелей является продолжительность дня в зависимости от часового пояса. Например, в Мурманской области в декабре-январе солнечные батареи будут непригодны в связи с наступлением полярной ночи и отсутствием солнечного света.

Солнечные батареи, установленные на крыше жилого дома

Гибридные системы

Объединив ветрогенераторы и солнечные батареи, мы получим систему, в которой будут компенсированы недостатки получения энергии.

Основным источником является ветрогенератор, он требует меньше затрат на установку и проще в обслуживании. В качестве дополнительного источника энергии применяют солнечные фотовольтаические панели.

В случае штиля они возьмут на себя функцию производства электроэнергии.

Контроллеры

Известный факт, что полное разряжение, как и чрезмерная зарядка, влияют на дальнейшую работу аккумуляторных батарей. Особо чувствительными являются свинцово-кислотные аккумуляторные панели.

Для предохранения батарей от этих нагрузок и служит регулятор.

При максимальной зарядке АКБ (аккумуляторной батареи) с помощью контроллеров уровень тока будет понижен, при понижении заряда до критических значений подача энергии будет остановлена.

Типы контроллеров

Существует несколько типов регуляторов: On/Off, ШИМ и МРРТ.

Перед подбором устройства необходимо ответить на два основных вопроса:

Какое напряжение на входе?

Какой номинальный ток?Автоматический контроллер заряда с регулятором MPPT для солнечных батарей

Как и у большинства устройств, обязательно наличие прочностного запаса. Максимальное напряжение контроллера должно превышать общее напряжение на 20 процентов. Для определения запаса номинального тока нужно к величине тока короткого замыкания солнечных батарей прибавить 10–20 процентов, также данное значение зависит от типа регулятора.

Эти данные можно найти в технических паспортах контроллеров. Например, для контроллера солнечных батарей SOL4UCN2 (ШИМ) выходное напряжение тока принимает значения 3 вольта, 6 вольт, 12 вольт. Также возможно подобрать контроллеры с выходным напряжением 36 или 48 вольт. К тому же необходимо предусмотреть инвертор для преобразования тока.

Контроллеры On/Off

В линейке контроллеров являются простейшими и, соответственно, недорогими.

Когда заряд аккумулятора достигает предельного значения, контроллер разрывает соединение между солнечной панелью и батареей посредством реле.

В действительности батарея не полностью заряжена, что оказывает влияние на дальнейшую работоспособность аккумулятора. Поэтому несмотря на низкую стоимость, лучше не использовать регулятор данного типа.

Контроллер On/Off для солнечных батарей

ШИМ (PWM) – контроллеры

Для этого типа контроллера применена технология широтно-импульсной модуляции. Преимуществом является прекращение заряда аккумуляторной батареи без отсоединения солнечных модулей, что позволяет продолжить зарядку АКБ до максимального уровня. Рекомендованная область применения – системы с небольшой мощностью (до 48 вольт).

МРРТ – контроллеры

Maximum power point tracker контроллер появился 80-х годах. Самым эффективным по праву считается именно этот тип контроллера.

Он отслеживает максимальный энергетический пик и понижает напряжение, но увеличивает силу тока, не изменяя мощность.

Благодаря высокому коэффициенту полезного действия МРРТ – контроллеры сокращают срок окупаемости солнечных станций. Выходные напряжения варьируются от 12 до 48 вольт.

Самодельные контроллеры

Безусловно, можно сделать контроллер своими руками. Прототипом служит . В его схеме с помощью реле коммутируется сигнал, полученный с ветрогенераторов или солнечных батарей. Реле управляется посредством пороговой схемы и полевого транзисторного ключа. Подстроечные резисторы регулируют пороги переключения режима.

Схема для создания контроллера своими руками

В данной схеме использовано 8 резисторов в качестве нагрузки для утилизации энергии. Эта схема является первоначальной, ее можно упростить самостоятельно, а можно прибегнуть к помощи достоверных источников.

Несмотря на очевидную простоту конструкции, не рекомендуется использовать контроллеры, созданные своими руками, во избежание неблагоприятных последствий, таких как порча АКБ, например (при напряжениях 36–48 вольт).

Гибриды

Гибридным контроллером считается контроллер, использующий энергию ветра и солнца. Его преимуществом является возможность использование двух источников тока (ветрогенератора или солнечной батареи) совместно или попеременно. Незаменим для автономных производств.

Дополнительные функции аккумуляторных батарей

Прогресс не стоит на месте и благодаря ему можно подобрать контроллер с нужными характеристиками для каждого потребителя индивидуально.

Модель контроллера может включать в себя дисплей с выводом информации о батарее, реле, солнечных панелях, количестве заряда, напряжении (вольт), токе.

Также может присутствовать система оповещения при приближении разрядки и таймер для активации ночного режима. Существуют контроллеры с возможностью подключения к компьютеру.

Контроллер с возможностью подключения к компьютеру I-Panda SMART 2

Платформа контроллера

Одним из оптимальных вариантов служит платформа фирмы Arduino (Ардуино). Плюсов достаточно много. Основным преимуществом является доступность, ведь программная оболочка бесплатна. Печатные платы есть в свободном доступе. Благодаря открытой архитектуре системы проблем с дополнением линейки не возникнет.

Данные контроллеры поддерживают двигатели с напряжением до 12 вольт, можно подключить реле. Также Arduino выпускают и другие аппаратно-программные средства. Например, микроконтроллеры, для подпитки которых требуется 5 вольт или 3,3 вольта. К тому же программистам доступны специальные возможности портов (ШИМ, АЦП).

Многие усовершенствования можно выполнить своими руками. Но в 2008 году фирма разделилась на две части, которые оставили одно и то же название, но разные сайты (arduino.cc и arduino.org). При выборе продукции необходимо обращать внимание на это, ведь несмотря на общее прошлое, сейчас продукция Arduino отличается.

Инверторы

Устройство, помогающее сигналу совершить поворот на 1800, преобразовывающее постоянный ток в переменный. При этом частота и/или напряжение меняется. Схем инверторов достаточно большое количество, самыми часто встречающимися являются три типа.

Схема мостового инвертора без трансформатора

Первый тип – это мостовые инверторы без трансформатора, применяются для установок с высокими напряжениями (от 220 до 360 вольт). Ко второму типу относят инверторы с нулевым выводом трансформатора, используют в системах с низким напряжением (12–24 вольт). И третьим типом являются мостовые инверторы с трансформатором. Их применяют для обширных диапазонов напряжений мощности (48 вольт).

Страны-производители

На рынке представлено множество контроллеров заряда с различными модификациями, отличающихся как по цене, так и по качеству. Среди контроллеров российского производства наилучшими вариантами являются производители: Эмикон, Автоматика-с, Овен.

Данные фирмы на рынке контроллеров находятся уже много лет и вполне зарекомендовали себя. Среди контроллеров зарубежного производства лидерами считаются Allen-Bradley, MicroLogix (дочернее производство Allen Bradley) и SLC 500. Главным критерием выбора именно этих производителей является большая область применения, т. е.

контроллеры данных фирм можно использовать в разных сферах и для разных целей.

Контроллеры зарубежного производства MicroLogix

Расчет системы

Чтобы правильно рассчитать систему, необходимо действовать последовательно. В большинстве случаев принимается стандартное напряжение 220 вольт. Для начала нужно задаться углом поворота солнечных панелей.

Затем оценивают примерную производительность. Для этого нужно рассчитать минимальную и максимальную солнечную активность для годичного цикла. Эти значения также будут зависеть от географического расположения.

Далее идет выбор инвертора. Одними из основных критериев выбора является коэффициент полезного действия и различные защитные механизмы.

Аккумуляторные батареи подбираются по рабочей емкости и току в зависимости от нужд потребителя. Соединение аккумуляторов возможно как последовательно, так и параллельно. Для большей надежности рекомендуется, чтобы АКБ были одной мощности, в идеале выпущены одной партией.

В основном используются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, но в последнее время из-за снижения цен конкурентоспособными становятся литийионные АКБ.

Их отличие состоит в большей удельной емкости, но для литийионных аккумуляторов требуется специальное зарядное устройство, многие регуляторы им просто-напросто не подойдут.

Контроллер заряда солнечных батарей МРРТ Tracer 1215RN

При использовании МРРТ-контроллеров необходимо учитывать максимальный выходной ток контроллера, а не первичного источника. У ШИМ-контроллеров такой особенности нет.

Еще одним аспектом, требующим внимания, является выбор реле и проводов. Их длина должна быть минимальной, чтобы избежать дополнительных потерь.

Само собой, провода нужно подбирать в зависимости от потребностей, ведь их характеристики зависят от поперечного сечения провода и материала, из которого они изготовлены. Провода должны выдерживать указанное напряжение от 12 до 48 вольт.

Также не стоит пренебрегать изоляционным материалом, он напрямую влияет на теплопроводность проводов.

Вывод

Независимо от типа регулятора (ШИМ, МРРТ или изготовленный своими руками), необходимо учитывать параметры всей системы для более продуктивной работы (в том числе напряжение от 12 до 48 вольт).

Сейчас выбор моделей на рынке неограничен, но не стоит брать первый попавшийся, нужно тщательно ознакомиться с характеристиками, ведь от этого зависит долговечность и надежность остальных компонентов.

Принцип работы контроллера заряда солнечных батарей

При правильном подборе составляющих частей системы, углов поворота солнечных панелей и их географического расположения можно создать экономичную систему получения энергии без дополнительных источников питания. Причем многое можно сделать своими руками, покупая только основные части (например, платформу Arduino), не требуя дополнительных расходов.

Источник: https://SolntsePek.ru/kontrollery-zaryada/kontroller-zaryada-solnechnyx-batarej.html

Солнечные батареи будущего

7:33 29.10.2016

Корпорация Tesla Motors в пятницу, 28 октября, презентовала инновацию в сфере солнечной энергии. Теперь в распоряжении компании имеются батареи, встраиваемые в крыши, и усовершенствованный накопитель энергии.

Руководитель Tesla Motors Илон Маск представил публике новое поколение солнечных батарей, которые при встраивании в крышу дома становятся практически невидимыми. Сообщается, что организация выпустит четыре вариации батарей: стеклянная глянцевая плитка, текстурированное стекло, шиферное покрытие и черепица.

Кроме того, компания Маска показала новую модернизированную энергонакопительную систему Powerwall 2. По задумке разработчиков, она может использоваться как в жилых домах, так и в офисных зданиях. Согласно расчетам, на протяжении светового дня энергия солнца будет прообразовываться в электричество для освещения и обогрева помещений.

Основное преимущество Powerwall 2 заключается в том, что система позволит сохранять накопленную энергию, которую пользователь не израсходовал, чтобы использовать ее в любой момент в будущем.

Напомним, в середине ноября состоится сделка по слиянию компании Tesla Motors с производителем солнечных панелей SolarCity. Илон Маск является крупнейшим владельцем акций обеих организаций.

Солнечный автомобиль будущего: универсал на солнечных батареях

Первый семейный универсал на солнечных батареях может появиться с подали студентов из Голландии. Презентация концепта получила множество восторженных окликов. Это автомобиль стал первым, которые расходует энергии меньше, чем вырабатывают его солнечные батареи

Концептуальный автомобиль будущего для всей семьи.

Группа голландских студентов из Технического университета Эйндховена создала первый в мире концептуальный автомобиль будущего для всей семьи. Детище студентов-техников было показано в Австралии, на соревновании World Solar Challenge в этом году. В рамках проекта студенты назвали себя Solar Team Eindhoven. Группа состоит из 21 студента.

Автомобиль на солнечных батареях Stella Lux.

Инновационный автомобиль получил название Stella Lux. При его создании активно использовались композитные материалы, в том числе углеводородное волокно. Это позволило максимально сократить массу автомобиля. Весит Stella Lux – 375 килограмм.

Работает автомобиль на электрическом двигателе, который питается от солнечных батарей установленных на крыше автомобиля, а также от дополнительного аккумулятора на 15 кВт • ч. Полный заряд аккумулятора должен обеспечить 1000 км езды, при условии периодического появления прямых солнечных лучей.

Максимальная скорость движения Stella Lux составляет 125 кмч.

Stella Lux: автомобиль, которые потребляет меньше, чем производит.

Важной деталью нового Stella Lux является уровень потребления энергии. Дело в том, что во время езды, машина потребляет меньше электричества, чем производит его в солнечную погоду. Это позволяет ездить на одних лишь только солнечных батареях и одновременно с этим – пополнять аккумуляторные батареи.

Stella Lux: комфортно и современно.

Stella Lux призван быть современным и комфортным. Сейчас система управления электромобилем ничем не выделяется, однако ребята из Solar Team Eindhoven выразили намерение оборудовать свое детище всевозможными «интеллектуальными» системами, облегчающими работу водителя.

Солнечные батареи – электростанции будущего

Солнечные батареи для дома!

Солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический генератор, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней оболочки атомов. При замыкании цепи возникает электрический ток.

Солнечные батареи соединяют в цепи последовательно и/или параллельно для получения необходимых параметров по току и напряжению.

– срок службы солнечной батареи более 25 лет

– типичный КПД солнечной батареи 14%

– напряжение любой пластинки кремниевого элемента: без нагрузки 0.6 В, под нагрузкой 0.5 В

– кремний – второй по распространённости элемент во вселенной

в то же время всего 2% чистого кремния идёт на солнеч-ную энергетику

– мировая нехватка солнечного кремния оценивается в 10-15 тысяч тонн в год

– за год в России изготавливается примерно 5-6 МВт солнечных батарей, а продаётся на внутреннем рынке не более 150 кВт

– к 2020 году Швеция планирует полностью отказаться от углеводородного топлива

– в Германии уже несколько лет действует государственная программа “Сто тысяч солнечных крыш”

– в США действует аналогичная программа “Миллион солнечных крыш”

Солнечные батареи от Semprius: энергия солнца дешевле природного газа

Двумя главными препятствиями на пути глобального внедрения солнечной энергии являются ее стоимость и низкая эффективность современного оборудования.

Однако исследователи из стартап-компании Semprius, расположенной в Дареме, Северная Каролина, нашли способ для решения обеих этих проблем путем вертикальной накладки полупроводниковых слоёв друг поверх друга.

Данная методика позволила Semprius начать производство солнечных панелей с эффективностью около 50% .

Semprius делает свои суперэффективные солнечные батареи путем укладки различных полупроводниковых материалов, которые поглощают различные частоты света. Что примечательно, подобная методика не дорогая, не требует никакой радикальной модернизации, и с ее помощью можно улучшить уже существующие технологии производства и оборудования.

Специалисты утверждает, что Semprius добилась трех ключевых нововведений: дешевого и быстрого способа собирать вместе фотоэлектрические ячейки, фирменного способа электрического соединения ячеек, и разработки нового вида клея, который удерживает ячейки вместе. В своих текущих проектах Semprius использует крошечные солнечные батареи размером всего лишь около миллиметра, чтобы способствовать более быстрому их охлаждению и повышению эффективности.

Semprius производит свою полупроводниковые материалы, используя обычные методы, но затем они укладываются в несколько различных слоев.

Это позволило создать солнечные батареи, которые могут улавливать больше энергии из солнечного света.

Semprius сделала два прототипа: один с эффективностью 43,9 процента, а другой, в котором было использовано несколько различных материалов, с эффективностью 44,1 процента.

«В конце концов компания надеется сложить около пяти или шести полупроводниковых слоев и создать батарею с очень высокой производительностью, эффективность которой превысит 50 процентов», заявил Скотт Берроуз, вице-президент по технологиям компании Semprius. Он утверждает, что компания надеется добиться этого в течение трех-пяти лет.

Tesla Motors презентовали солнечные батареи будущего

Глава компании Tesla Motors Илон Маск представил свои новые разработки в области солнечной энергии. На рынок вышла батарея, интегрированная в крышу. Солнечные элементы практически не видны, уверяет Маск.

В Tesla Motors заверили, что накопители будут производить в четырех вариантах: в виде шиферной птички, тосканской черепицы, стекла и глянцевой плитки. Это позволит устанавливать их на дома с разной архитектурой.

В компании назвали преимущества солнечных батарей: они не только выгодны по стоимости, но и безвредны для экологии. Их производство полностью безопасно.

Отметим, что за последние десять лет использование энергии от Солнца выросло в мире наполовину. Однако эксперты говорят о том, что новейшие источники энергии используют, не так часто, как хотелось бы разработчикам.