Сонячні панелі стануть ще ефективнішими: топ 3 технології, які в цьому допоможуть

Сучасні сонячні елементи, які зазвичай засновані на кремнії, можуть перетворювати в середньому приблизно 22% сонячного світла, яке вони поглинають, на енергію. Про те, що допомагає їм бути ефективними, повідомляє Світовий Економічний Форум.

Сонячні технології зробили крок далеко вперед відтоді, як 1883 року винахідник із Нью-Йорка Чарльз Фріттс створив перший сонячний елемент. Його пристрій був не дуже ефективним — він був здатний перетворити на електрику лише крихітну кількість сонячного світла, яке поглиналося ним, приблизно 1–2%.

Сучасні сонячні панелі перетворюють у середньому приблизно 22% сонячного світла, яке вони поглинають. Ефективніші сонячні елементи означають, що кожна сонячна панель може генерувати більше електроенергії, економлячи матеріали та необхідну землю.

Виробництво кремнієвих сонячних елементів також є енергоємним процесом. Експерти попереджають, що до 2030 року потужність відновлюваної енергетики має потроїтися, щоб обмежити глобальне потепління до 1,5°C, і, як прогнозується, сонячна енергетика відіграватиме важливу роль, тому галузь прагне підвищити ефективність своєї технології.

Перовськіт

Нещодавні прориви відбулися завдяки перовськітам, сімейству кристалічних сполук, які вчені розглядають як перспективну технологію для сонячних панелей.

Це пов'язано з тим, що їх можна змусити реагувати на різні кольори в сонячному спектрі, що означає, що в поєднанні з іншим матеріалом, наприклад, кремнієм, вони можуть видавати більше енергії від одного і того ж пристрою.

Перовськіти простіші у виробництві, менш витратні та гнучкіші, перебувають у центрі уваги дедалі більшої кількості досліджень та інвестицій, водночас організації по всьому світу, зокрема в Німеччині, Саудівській Аравії та Китаї, працюють над пошуком варіантів, які забезпечують найкращу ефективність, максимальну довговічність та найменшу вартість.

У нещодавно опублікованому дослідженні китайський виробник сонячних модулів LONGi описує досягнення, досягнуті за допомогою його тандемного сонячного елемента на основі перовськіту і кремнію, який працює шляхом накладення надтонкого перовськітного елемента поверх стандартного кремнієвого елемента.

Завдяки тому, що LONGi називає "серією технологічних проривів", які охоплюють кращий структурний зв'язок між осередками і забезпечення ефективного перенесення заряду, їй "експериментально" вдалося досягти сертифікованої ефективності 33,9%. Компанія заявляє, що це рекорд для цього типу осередків і важлива віха в дослідженнях, оскільки він перевищує теоретичну межу одноперехідних сонячних осередків.

Енергогенерувальний матеріал

Ці комірки, розміром 1 см 2, і виробляються в лабораторіях. Але дослідники кажуть, що у них великий потенціал, і працюють над тим, щоб перенести ці рівні ефективності на комірки комерційного розміру.

Експерти бачать перспективи перовськіту і в інших формах. Оскільки його можна використовувати як чорнило, його можна друкувати на будь-якому об'єкті, а також формувати в нитки для вплетення в тканину, сумки або будівельні матеріали.

Науковці Оксфордського університету використовували перовськіт для розроблення енергогенерувального матеріалу, який вони описують як тонкий і досить гнучкий, щоб його можна було застосовувати в повсякденних предметах, як-от мобільні телефони та автомобілі. Матеріал сертифікований незалежними організаціями і забезпечує понад 27% енергоефективності.

У міру продовження досліджень майбутнього сонячних панелей необхідно буде розв'язувати такі проблеми, як забезпечення стійкості видобутку і перероблення корисних копалин, необхідних для цієї технології.

Однак експерти з Оксфорда стверджують, що подібні дослідження в кінцевому підсумку можуть призвести до появи нової галузі, яка вироблятиме матеріали для генерації дешевої та стійкої сонячної енергії з використанням наявних будівель, транспортних засобів та об'єктів.

ШІ та квантові технології

Інші інновації досліджували інтеграцію сонячної генерації в наше міське середовище, включно із сонячними вікнами. Використовуючи прозору сонячну технологію, яка поглинає ультрафіолетове та інфрачервоне світло і перетворює його на відновлювальну енергію, ці вікна могли б перетворити хмарочоси на сонячні ферми, і їх встановили в будівлях, зокрема в США та Європі.

Дослідники також працюють над панелями, які долають ключову проблему із сонячними батареями, працюючи в темряві або використовуючи тертя, створюване дощем, що падає на панелі, для вироблення електроенергії.

Тим часом ШІ використовується для оптимізації ефективності сонячних ферм, а квантові технології були визначені у звіті Всесвітнього економічного форуму як такі, що мають силу для просування дизайну сонячних елементів.

Вчені стверджують, що, незалежно від інновацій, сонячна енергія, найімовірніше, стане основним джерелом енергії у світі до 2050 року. Однак життєво важливими є дослідження, спрямовані на те, щоб зробити її більш ефективною, доступною і стійкою.

Нагадаємо, японська компанія Kyosemi випустила новаторську сферичну батарею, яка поглинає сонячне світло з усіх боків.

Зі свого боку німецька компанія Heliatek створила сонячну плівку на основі органічних фотоелектричних елементів, яка може перетворити практично будь-яку будівлю на генератор.