Российские ученые разработали оптические люминесцентные стекла. Они смогут повысить эффективность и срок службы солнечных батарей. К тому же такие стекла можно будет использовать для производства белых светодиодов, срок службы которых будет в десятки раз больше, чем у современных осветительных устройств.
Источник: hightech.fm
В интересное время живем. С одной стороны, увлеченно смотрим кинофантастику и ожидаем новых высот научно-технической революции, и в то же время практически не замечаем ростков прогресса, пробивающихся буквально у нас на глазах. Вот хотя бы солнечную энергетику взять. Что нужно сделать, чтобы прекратить нефтяные войны и, как уверяют всякие «очень зеленые» экологи, остановить глобальное потепление? Достаточно прекратить сжигать ископаемое топливо.
Чем заменить? На хотя бы Солнцем! Находясь в зените наше светило на каждый квадратный метр поверхности земли приносит примерно 1350 Вт мощности излучения. Если совсем на пальцах, то с 10 кв. метров можно собрать 13 КВт, с одного футбольного поля — 9,2 МВт, а для замены генерации АЭС в Пало-Верде, считающейся самым крупным ядерным энергогенератором в США, выдающим 3,2 ГВт, достаточно площади 347 футбольных полей или чуть больше чем территория княжества Монако.
Панорама стадиона Emirates, Фото: pixelstalk.net
В сущности — копейки. Общая площадь поверхности суши на Земле превышает 65 млн Монако, в то время как всего на планете работают только 192 атомные электростанции с 448 энергоблоками, общей электрической мощностью около 390 165 МВт. В общем, используя только энергию Солнца, можно получить мощности в 338 тысяч раз больше, чем вся атомная генерация планеты. И никакой тебе возни с расщепляющимися материалами, с мокрыми и сухими хранилищами отработанных ТВЭЛов, контролем МАГАТЭ и утилизацией отработавших свое реакторов. Ну, так что? Все на строительство солнечных электростанций? Бери больше, кидай дальше, отдыхай, пока летит?
К сожалению, между красивой теорией и реальной практикой пока лежит пропасть огромного размера. Нет, когда-нибудь картинки, греющие душу гуманитарным хипстерам, воплотить получится, но пока существуют сложности. Из того 1,35 КВт, который падает на каждый квадратный метр поверхности, на видимый свет приходится лишь 12,5% диапазона излучения видимого света. Примерно столько же составляет ультрафиолетовый диапазон. Остальные 75% это инфракрасная часть спектра. Видимую часть спектра в энергию эффективно превращать сегодня умеют растения, но пока плохо умеют люди. Над раскрытием тайны механизма фотосинтеза ученые бьются но орешек сей пока не получается разгрызть. Не смотря на наличие всяких там теоретических моделей и отдельных удачных экспериментов, до промышленной технологии еще… как перебежками от Потсдама до Пекина.
График распределения излучений по длинам волн, Фото: http://khd2.narod.ru/
В общем, по целому ряду причин, с одного квадратного метра, так сказать, в промышленных масштабах, мы пока можем преобразовывать в электричество всего 100 Вт, так как КПД панелей сегодня плавают от 9 до 17,5%. Некоторые производители даже заявляют 20%, но тут, хочется напомнить, что в идеальных лабораторных условиях, да еще по цене «как крыло от бомбардировщика», на исследовательских стендах установлен рекорд преобразования в 46%, вот только дальше разового рекорда дело так и не пошло. К тому же есть такое понятие как вырождение полупроводников, из-за которого КПД панели за первый год эксплуатации падает на треть, и потом еще на треть в течение 2 — 3 лет. Словом, как оно всегда бывает, когда дело доходит до практики, результат получается весьма далеким от идеального. 17,5 — 20% — это предел эффективности преобразования в солнечных панелях массового производства. Сегодня это один из главных факторов, тормозящих развитие массовой солнечной энергетики.v
Солнечные батареи, Фото: http://svitlo.com/
В переводе на понятные цифры это означает, что сегодня средняя стоимость качественных солнечных панелей колеблется где-то около 1,5 — 1,8 доллара за 1 Вт установленной мощности. С учетом упомянутого выше эффекта вырождения, с учетом износа другого необходимого для генерации оборудования, так сказать, в целом на круг, себестоимость 1 кВт-ч, составляет от 52 до 70 американских центов. В то время как обычное электричество «из розетки» (скажем, в Краснодаре, для населения по одноставочному тарифу) составляет 3,76 рубля в первом полугодии и 4,12 — во втором. По нынешнему курсу это 5,89 и 6,45 американских цента. Попросту говоря, получается так, что пока «бесплатная и экологически чистая» электроэнергия, даже без учета влияния погоды, широты места и прочих неприятностей, все равно оказывается в десять раз дороже обычной.
Но! Это сейчас. Пока КПД панелей находятся ниже 20%. Вот тут нашлись умные ребята, которые сумели придумать люминесцентное стекло, способное поглощать ультрафиолетовое излучение, преобразовывая его в видимый свет. Если использовать такое стекло для защиты стандартных солнечных панелей на монокристаллическом кремнии, то дальше этот свет также станет преобразовываться в электричество. В переводе на понятный русский это означает дешевый и простой способ повышения общего КПД панели вдвое по сравнению с нынешним уровнем. Мне бы не хотелось впадать в восторженную патетику, но удвоение производительности, по-моему, очень похожа на революцию в отрасли. Судя по тому, что они там рассказывают, это их люминесцентное стекло получается простым в производстве и дешевым по материалам, а значит его применение снижает стоимость «солнечного» кВт-ч, если не сразу вдвое, то как минимум на треть точно. Мало того, инженеры говорят, что это еще неоптимизированный показатель. При переводе результатов исследований в промышленную технологию, они планируют «увеличить квантовый выход еще в 2 раза». Так что на выходе светит получение панели с КПД около 55 — 60% и стоимости киловатт-часа уже не в десять, а всего в 2 — 3 раза дороже «обычного сетевого».
А самое в этой истории интересное, что материал создан в лаборатории «Современные фотонные материалы и технологии» Университета информационных технологий, механики и оптики в Санкт-Петербурге.