Солнечные коллекторы третьего поколения

солнечные коллекторы

Многослойная конструкция солнечных коллекторов

Немного истории

Солнечные коллекторы первого поколения изготавливались, как и компьютерные микропроцессоры, на основе монокристаллов чистого кремния. Они обладали высокими эксплуатационными характеристиками, но стоили непозволительно дорого.

Коллекторы второго поколения состоят из множества тонких слоев менее качественного кремния. Они относительно дешевы, но значительно уступают предшественникам в эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую.

Теперь инженеры работают над созданием коллекторов третьего поколения, которые должны взять лучшее у первых двух поколений — низкую стоимость и высокий КПД.

Нанокремний

«Мы пытаемся разработать солнечные коллекторы нового поколения, которые были бы ничуть не дороже нынешних тонкослойных элементов, но значительно эффективнее, то есть обладали бы гораздо более высоким коэффициентом полезного действия», — поясняет австралийский инженер Мартин Грин (Martin Green) из Сиднейского университета.

В своей работе Грин делает ставку на новую форму кремния — нанокремний. Это мельчайшие частицы диаметром всего в несколько нанометров, так называемые «квантовые точки».

Крупицы нанокремния, насчитывающие от силы несколько сотен атомов, реагируют на солнечный свет совсем не так, как кремний в макроколичествах. В частности, они способны преобразовывать в электричество и ультрафиолетовую часть излучения, в то время как обычный кремний использует преимущественно инфракрасный участок солнечного спектра. Это обстоятельство навело Мартина Грина на идею создания двухслойной сэндвич-конструкции, позволяющей использовать солнечный свет «дважды».

Наружный слой, содержащий мелкие частицы кремния, преобразует в электроэнергию высокочастотные (синюю, фиолетовую и ультрафиолетовую) части солнечного спектра, а внутренний слой с крупными частицами кремния — низкочастотные (оранжевую, красную и инфракрасную) части спектра.

«Некоторое время назад мы доказали, что квантовые точки в принципе способны преобразовывать световую энергию в электрическую, — поясняет Мартин Грин. — Теперь же мы изготовили прототип такого изделия, и он функционирует именно так, как мы и рассчитывали. Пока, правда, коэффициент полезного действия этого прототипа слишком мал — меньше 10 процентов. Но мы рассчитываем выйти на показатель в 15, или даже 20 процентов».

Битва за КПД

По прогнозам, коллекторы на основе нанокремния появятся на крышах домов не раньше, чем через десять лет. Но сам принцип сэндвича весьма перспективен. На него делает ставку и Андреас Бетт (Andreas Bett), сотрудник Института солнечных энергосистем имени Фраунгофера во Фрайбурге (Германия).

«Наш сэндвич состоит из трех слоев, — поясняет разработчик, — Верхний слой наиболее эффективно использует синий свет, средний слой — красный, а нижний слой — инфракрасный».

Экспериментальное изделие Андреаса Бетта состоит пока не из кремния, а из дорогостоящих материалов на основе соединений галлия и индия, а солнечные лучи фокусируются специальными линзами так, что интенсивность света возрастает в 500–1000 раз.

«В результате мы получили коэффициент полезного действия в 41,1 процента, — говорит Андреас. — Это абсолютный мировой рекорд в том, что касается эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, причем вне зависимости от способа преобразования. Но это тоже не предел. До сих пор мы использовали только три слоя разных материалов, а их может быть и четыре, и пять, и шесть. Таким путем мы сможем довести КПД до 50 процентов».

Получать все новости по электронной почте