eng
Большинство солнечных панелей выполнены по "классической" технологии, в которой преобразующим элементом являются кремниевые или им подобные кристаллы. Достойная замена для них – гибкие полимерные батареи, выполненные по печатным технологиям. Каковы достоинства этих батарей и почему ими активно занимаются лидеры отрасли? Ответам на эти вопросы посвящена статья.
Нынешние источники энергии (газ, нефть, уголь и т.д.) исчерпаемы, поэтому альтернативная энергетика, в частности солнечная, развивается активно и представляет большой интерес для многих стран. Энергия, получаемая Землей от Солнца за год (фотоэлектрическая или фотовольтаическая), примерно в 20 тыс. раз превосходит годовое потребление энергии всем человечеством (рис.1). Использование всего лишь 0,0125% солнечной энергии могло бы обеспечить все сегодняшние общемировые потребности, а использование 0,5% – полностью покрыть потребности в будущем. Россия не имеет идеальных зон для сбора солнечной энергии, но на ее территории есть зоны оптимального размещения солнечных батарей.
Во многих регионах России среднегодовое поступление солнечной энергии составляет 4–5 кВт·ч на квадратный метр в день (этот показатель соизмерим с южными районами Германии и северными Испании – стран-лидеров по внедрению фотоэлектрических систем). В Московской области среднегодовое распределение уровня инсоляции (облучения поверхности солнечным светом) в летние месяцы превышает 150 кВт·ч на квадратный метр в месяц (рис.2).
Немаловажным фактором является не только общий уровень инсоляции, но и продолжительность солнечного сияния, т.е. продолжительность времени в течение суток, месяца, года (обычно многолетняя средняя), когда солнце в данной местности находится над горизонтом и не скрыто за облаками, туманом, мглой и т.п. Общий уровень инсоляции и продолжительности солнечного сияния в среднем по стране показаны на рис.3.
Анализ показывает (рис.1–3), что в России для получения энергии солнечные батареи можно использовать с положительным экономическим эффектом. Однако лидирующие фирмы-разработчики и фирмы-установщики комплексных систем автономного питания с применением солнечных батарей рекомендуют включать в комплекс систем и тепловые генераторные установки для использования их в пасмурные дни. По статистике, в таких комплексных системах из 100% вырабатываемой энергии на солнечные элементы приходится около 90% и до 10% – на тепловые источники. При этом процент производимой и потребляемой солнечной энергии в общемировом объеме со временем будет только расти. Уже сегодня существуют станции преобразования солнечной энергии, вырабатывающие электричество в промышленных объемах.
Например, в г. Тенна (Швейцария), эксплуатируется горный подъемник, работающий исключительно на солнечной энергии (рис.4). В верхней части подъемника размещены 80 солнечных панелей, которые генерируют энергию, достаточную для обслуживания 800 человек в час. Солнечные панели расположены так, чтобы максимально использовать энергию солнца. Панели подвижны: они вращаются по направлению солнца, а во время грозы наклоняются под прямым углом, так что снег и дождь не наносят им вреда. Годовая выработка энергии подъемника длиной в 450 м составляет 90 МВт. Когда солнце находится в зените, подъемник генерирует больше энергии, чем потребляет. Эта избыточная энергия передается в промышленную сеть для других нужд и становится источником доходов. По сравнению с первыми системами преобразования солнечной энергии прогресс очевиден. Существуют и солнечные станции с выработкой более 100 МВт (см. таблицу), внешний вид некоторых солнечных станций показан на рис.5.
Общие тенденции развития солнечной энергетики (рис.6) дают основание предполагать, что к концу столетия прогнозируемая доля электричества, выработанного из солнечной энергии, должна стать преобладающей над всеми другими источниками.
Сегодня солнечные элементы применяются в различных изделиях: от фонариков и калькуляторов до беспилотных самолетов (рис.7), использующих для полета исключительно энергию солнца и способных находиться в воздухе более суток.
Во всех этих применениях наравне с электрическими параметрами большое значение имеют массогабаритные характеристики и степень технологической сложности производства батарей. Для решения большинства этих проблем и были разработаны технологии печатного изготовления солнечных элементов. Несмотря на молодость технологии, Ассоциация производителей органической и печатной электроники (OE-A) оценивает перспективы ее развития крайне оптимистично (рис.8). Появление на рынке готовых изделий, выполненных по такой технологии, лишь подтверждает это.
Общие тенденции развития солнечных элементов (рис.9) позволяют говорить об увеличении эффективности (КПД преобразования солнечной энергии), срока службы (времени жизни) и о снижении стоимости (как производства, так и эксплуатации) всех, без исключения, типов солнечных элементов. При этом технологии изготовления печатных солнечных элементов развиваются динамичнее других.
Наиболее активно устройства солнечной энергетики исследуются и внедряются в Китае. Среднегодовая мощность, получаемая от солнечной энергетики в разных странах мира с 2001 по 2010 год, показана на рис.10. По статистике, в Индии за август 2012 года суммарная мощность солнечных батарей, установленных на крышах жилых домов, позволила произвести 87,8 МВт энергии, а общая выработка энергии вместе с промышленными солнечными электростанциями – примерно 1030 МВт. Возможно, именно печатные солнечные элементы станут теми устройствами, которые позволят осуществить качественный и количественный рывок в использовании солнечной энергетики (рис.11).
На общем рынке печатной электроники направление солнечной энергетики – одно из приоритетных. Производители оборудования для струйной печати приводят оценку применения собственных установок, из которой видно, что более трети из них используются в области фотовольтаики (рис.12). В ближайшие годы направление солнечной энергетики будет активно развиваться и занимать все больший сегмент рынка производства электроэнергии.
В следующей статье будут рассмотрены печатные солнечные элементы в сравнении с "классическими" кремниевыми и представлены общие аспекты технологии их производства, применения и эксплуатации. ●
Во многих регионах России среднегодовое поступление солнечной энергии составляет 4–5 кВт·ч на квадратный метр в день (этот показатель соизмерим с южными районами Германии и северными Испании – стран-лидеров по внедрению фотоэлектрических систем). В Московской области среднегодовое распределение уровня инсоляции (облучения поверхности солнечным светом) в летние месяцы превышает 150 кВт·ч на квадратный метр в месяц (рис.2).
Немаловажным фактором является не только общий уровень инсоляции, но и продолжительность солнечного сияния, т.е. продолжительность времени в течение суток, месяца, года (обычно многолетняя средняя), когда солнце в данной местности находится над горизонтом и не скрыто за облаками, туманом, мглой и т.п. Общий уровень инсоляции и продолжительности солнечного сияния в среднем по стране показаны на рис.3.
Анализ показывает (рис.1–3), что в России для получения энергии солнечные батареи можно использовать с положительным экономическим эффектом. Однако лидирующие фирмы-разработчики и фирмы-установщики комплексных систем автономного питания с применением солнечных батарей рекомендуют включать в комплекс систем и тепловые генераторные установки для использования их в пасмурные дни. По статистике, в таких комплексных системах из 100% вырабатываемой энергии на солнечные элементы приходится около 90% и до 10% – на тепловые источники. При этом процент производимой и потребляемой солнечной энергии в общемировом объеме со временем будет только расти. Уже сегодня существуют станции преобразования солнечной энергии, вырабатывающие электричество в промышленных объемах.
Например, в г. Тенна (Швейцария), эксплуатируется горный подъемник, работающий исключительно на солнечной энергии (рис.4). В верхней части подъемника размещены 80 солнечных панелей, которые генерируют энергию, достаточную для обслуживания 800 человек в час. Солнечные панели расположены так, чтобы максимально использовать энергию солнца. Панели подвижны: они вращаются по направлению солнца, а во время грозы наклоняются под прямым углом, так что снег и дождь не наносят им вреда. Годовая выработка энергии подъемника длиной в 450 м составляет 90 МВт. Когда солнце находится в зените, подъемник генерирует больше энергии, чем потребляет. Эта избыточная энергия передается в промышленную сеть для других нужд и становится источником доходов. По сравнению с первыми системами преобразования солнечной энергии прогресс очевиден. Существуют и солнечные станции с выработкой более 100 МВт (см. таблицу), внешний вид некоторых солнечных станций показан на рис.5.
Общие тенденции развития солнечной энергетики (рис.6) дают основание предполагать, что к концу столетия прогнозируемая доля электричества, выработанного из солнечной энергии, должна стать преобладающей над всеми другими источниками.
Сегодня солнечные элементы применяются в различных изделиях: от фонариков и калькуляторов до беспилотных самолетов (рис.7), использующих для полета исключительно энергию солнца и способных находиться в воздухе более суток.
Во всех этих применениях наравне с электрическими параметрами большое значение имеют массогабаритные характеристики и степень технологической сложности производства батарей. Для решения большинства этих проблем и были разработаны технологии печатного изготовления солнечных элементов. Несмотря на молодость технологии, Ассоциация производителей органической и печатной электроники (OE-A) оценивает перспективы ее развития крайне оптимистично (рис.8). Появление на рынке готовых изделий, выполненных по такой технологии, лишь подтверждает это.
Общие тенденции развития солнечных элементов (рис.9) позволяют говорить об увеличении эффективности (КПД преобразования солнечной энергии), срока службы (времени жизни) и о снижении стоимости (как производства, так и эксплуатации) всех, без исключения, типов солнечных элементов. При этом технологии изготовления печатных солнечных элементов развиваются динамичнее других.
Наиболее активно устройства солнечной энергетики исследуются и внедряются в Китае. Среднегодовая мощность, получаемая от солнечной энергетики в разных странах мира с 2001 по 2010 год, показана на рис.10. По статистике, в Индии за август 2012 года суммарная мощность солнечных батарей, установленных на крышах жилых домов, позволила произвести 87,8 МВт энергии, а общая выработка энергии вместе с промышленными солнечными электростанциями – примерно 1030 МВт. Возможно, именно печатные солнечные элементы станут теми устройствами, которые позволят осуществить качественный и количественный рывок в использовании солнечной энергетики (рис.11).
На общем рынке печатной электроники направление солнечной энергетики – одно из приоритетных. Производители оборудования для струйной печати приводят оценку применения собственных установок, из которой видно, что более трети из них используются в области фотовольтаики (рис.12). В ближайшие годы направление солнечной энергетики будет активно развиваться и занимать все больший сегмент рынка производства электроэнергии.
В следующей статье будут рассмотрены печатные солнечные элементы в сравнении с "классическими" кремниевыми и представлены общие аспекты технологии их производства, применения и эксплуатации. ●
Отзывы читателей
