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.
В университете ИТМО ученые создали новые стекла, которые позволят увеличить эффективность работы и повысить срок службы солнечных батарей. Оптические люминесцентные стекла будут преобразовывать разрушительную для солнечного модуля энергию ультрафиолетового излучения и использовать ее для дополнительной подзарядки, сообщается на сайте ВУЗа.
На эффективность работы кремниевых солнечных батарей влияют ультрафиолет и пыль. Для защиты от них специалисты используют стеклянные экраны. Но, если накрыть батарею не обычным, а люминесцентным стеклом, можно добиться лучшего эффекта. Оно поможет не только предотвратить загрязнения, но и сохранить больше света и энергии.
В Международной лаборатории «Современные фотонные материалы и технологии» Университета ИТМО был создан оптический материал, который поглощает ультрафиолетовое излучение и преобразует его в свет видимого диапазона. Следовательно, если использовать такое стекло для защиты солнечных панелей, энергия ультрафиолета будет не разрушать их, а преобразовываться в электрическую.
Благодаря этому коэффициент полезного действия солнечной батареи вырастет. Сегодня он равен всего 20%, но оптические люминесцентные стекла смогут увеличить эту цифру в два раза.
По словам сотрудника Международной лаборатории «Современные фотонные материалы и технологии» Евгения Сгибнева, «нам удалось увеличить эффективность трансформации ультрафиолета в стеклах до 30%, что сопоставимо с передовыми результатами в этой области. При этом мы уже занимаемся оптимизацией разработанной технологии и в скором времени планируем увеличить квантовый выход ещё в 2 раза. Стекла с такими характеристиками смогут найти уже реальные приложения».
Стекла, разработанные в ИТМО, просты в изготовлении. Их также можно будет применять для производства «долгоиграющих» белых светодиодов с лучшей цветопередачей.
Николай Никоноров, директор НИИ нанофотоники и оптоинформатики и заведующий кафедрой оптоинформационных технологий и материалов Университета ИТМО, считает, что осветительные устройства из люминесцентного стекла можно будет устанавливать на стадионах, автострадах, в аэропортах, концертных залах. Сейчас светодиоды требуют замены раз в полгода, но, если изготавливать их по новой технологии, они будут «жить» в десятки раз дольше, тем самым существенно сокращая расходы на замену освещения. По мнению ученых, это станет большим шагом вперед в производстве осветительной техники.
https://hightech.fm/2016/08/17/ITMO
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.
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.
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.
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.
http://geoenergetics.ru/2016/08/18/ukrgazdobycha-poluchila-eshhe-9-licen...
Комментарии
бурда какая-то. квантовые эффекты, минимум в 2 раза кпд, нано, фото и тд. бу.
Попробуйте еще раз, но по-русски. Или это какой-то шифр?
выглядит подозрительно. типа, мы придумали - дайте денег.
Давайте попробую расшифровать, не знаю это ли имел в виду автор...
Исходный посыл:
Итого: рассчитываем на 40% КПД (*).
Смотрим обеспечение:
Предположим, что все цифры в заметке верные и достижимые (что, в общем, не обязано быть так, но пусть будет). Также постараемся не привлекать физику и специальные инженерные знания, по возможности обойдемся пальцами.
Что видим в обеспечении - удалось достигнуть эффективности трансформации ультрафиолета (УФ) до 30%. (Здесь, конечно, возникает вопрос - куда оно с этой эффективностью трансформируется - в ток, в тепло? Но опустим.) Квантовый выход планируется увеличить в 2 раза, что означает - такое же количество фотонов (т.е. такой же поток света) будет выбивать в 2 раза больше электронов. Не вполне ясно как это в процентном отношении повлияет на эффективность трансформации УФ, но пусть будет 1:1 (хотя сильно не верится, но пусть). Итак, имеем 60% эффективности трансформации УФ.
Далее, вспоминаем про указанную ими же самими ширину полосы УФ:
Пусть до этого эффект был 0% (вряд ли это так, но пусть будет фора). Ставим стекла и получаем 0.6 * 0.125 = 0.075 --> прибавку в 7.5% для всей батареи по этому эффекту. Отлично, например. Как это позволит поднять в 2 раза общую эффективность - решительно непонятно. Возможно, данный эффект будет сказываться положительно на замедлении старения батарей, но это снова не повышение эффективности, а лишь замедление уменьшения эффективности со временем.
Далее, - наплевать, - пусть у нас все получилось и мы сделали батарею с КПД в 2 раза больше. Читаем, для этого решения:
в то время как для обычного электричества “из розетки”:
То есть даже если мы извернемся и в раза повысим эффективность, и потом еще в прямую это отобразится на стоимости (что не так, но пусть), то стоимость не будет меньше 25 американских центов в самом оптимистическом случае, то есть в 5 раз больше чем в традиционном случае. Это делает вышеуказанных чучоных грустной пандой, каждого.
А ведь мы даже не касались рассмотрения таких замечательных явлений как ночь, тучки, ветер с песочком и т.д. Так что все это "фуфломецин" (с) высокотехнологический. И особенно смешно на этом фоне выглядит расписывание проблем с атомным циклом. Однако, тем не менее, смотри (*).
(*) не исключено, что "ученый изнасиловал журналиста" (с)
> то есть в 5 раз больше чем в традиционном случае. Это делает вышеуказанных чучоных грустной пандой, каждого.
Не так грустно. Солнечная энергетика - вещь нишевая. Возьмем какую-нибудь заимку в заповеднике. Тоже люди живут. И хотят жить с электричеством. А я посмеюсь над Вами, как вы доставите туда это в пять раз более дешевое электричество. За морем (за озером, за ущельем...) киловатт - полушка, да рубль перевоз. Реально, когда был на Алтае, видел - ставят в труднодоступных местах где солнечное, где ветровое.
Для космических солнечных батарей, наверное, тоже интересно будет. Или вы и на орбиту по 5,89 и 6,45 американских цента доставите? Проводом из розетки. Ха-ха.
рекомендую Вам перечитать статью и убедиться, что ничего из того что Вы тут живописали там нет, и разговор идет совсем в другом ключе
По жизни, подобные разработки ведутся под конкретные деньги под конкретные заказы.
В тех же советских НИИ физики могли гордиться, что занимаются исключительно фундаментальными исследованиями. На что неприметные люди в соответствующем отделе только молча улыбались.
Что при этом пишут журналисты в статьях - дело десятое. И никакого смысла внимательно перечитывать такие статьи нет.
Так я и не проводил анализ состояния дел в отрасли, только лишь указал, что в статье написана ахинея.
Написав свою ахинею. Ваше жонглирование цифрами, особенно сравнение со стоимостью "электричества из розетки", боюсь, не имеет никакого отношения к той задаче, что решалась на самом деле. Уважать надо чужой труд.
отсюда поподробнее, пожалуйста
1) Это не "жонглирование цифрами", а оценка сверху.
2) Я не знаю какая задача решалась "на самом деле", и Вы не знаете, но домысливаете.
3) Мне, в рамках произведенной оценки, было не важно что там где делалось, я давал оценку статье и написанному в статье!
4) Все эпитеты я брал из статьи. Претензии туда.
PS Вы читать вообще умеете, или до Вас просто трудно доходит?
Претензии лично к вам за хамские выпады типа "чучоных", "фуфломецин" (с).
Истина не бывает абстрактной, истина всегда конкретна. Поэтому Вашим расчетам без учета предполагаемой области применения (о которой и я, и Вы, действительно, можем только догадываться) - грош цена. Это я и имел в виду под словами Ваша ахинея.
На выпады в свой адрес отвечать брезгую.
(*) не исключено, что "ученый изнасиловал журналиста" (с)
Именно так, в статье на сайте института такого утверждения нет.
Замечу также, что производство стекла подобного рода довольно энергозатратное мероприятие. Кроме того, оно наверняка относится к разряду чистых. То есть, не на любом китайском заводе стекло такого качества сваришь и массовость-дешевизну тем самым не обеспечишь
Еще маленькая поправочка - 12,5% диапазона излучения УФ в энергетическом плане будет давать несколько больший процент, поскольку более короткие волны несут больше энергии. Так что еще маленько накинуть надо ) Сколько точно - сложно сказать, ибо интегралы считать лениво ))
Это понятно. Но это ж прикидка на пальцах, да и там настолько хрень написана, что можно вообще 12.5 умножить на 2 - ничего принципиально не изменится. ))
Молодцы, так держать!
Вранье с самого начала и до конца.
Вполне реально для многоуровневой системы. Ультрафиолетовый фотон переводит систему из основного в возбужденное состояние, откуда она релаксирует на промежуточное с одновременным испусканием фотона видимого света. А из промежуточного состояния в основное за счет тепловой релаксации.
Теоретически все просто, а вот создать реально работающую систему это сложно и трудно. Рад за наших ученых-разработчиков и надеюсь что созданная ими технология найдет широкое применение.
да, но как можно сначала повысить кпд вдвое, а потом еще вдвое, если
я сомневаюсь, что за счет стекла можно 40% ультрафиолета перевести в видимый диапазон и при этом поднять общий кпд до 80%, абсурд.
всегда считал что обычное стекло УФ и так не пропускает. А оно вона чего.
нам удалось увеличить эффективность трансформации ультрафиолета в стеклах до 30%, что сопоставимо с передовыми результатами в этой области.
Так я не понял. Изобрели то что и так изобретено??? Догнали кого то а шуму...
Дело не в непропускании, а в использовании. У УФ более короткая волна, чем у видимого. УФ приносит на элемент больше энергии поэтому. Но УФ разрушает элементы преобразователя. Вот УФ не пустили к элементам, но преобразовали в видимый. И на элементы пришло хоть что-то.
В результате точно увеличится долговечность элементов, но говорить о повышении эффективности ... да как бы не наоборот. Самую энергетичную часть спектра мы вырезали и преобразовываем с КПД не 100%.
Если только в нынешних солнечных батареях УФ полностью вырезается. Не знаю. Тогда увеличится эффективность, хоть и не в два раза, и не изменится долговечность.
УФ никак не вырезается, а просто не используется в фотоэлектрическом эффекте. Энергия УФ идет на тепловой нагрев и на ускоренное старение фотоэлемента
Несомненно, создание более совершенных солнечных батарей - дело хорошее.
Но надо понимать, что есть 3 ключевых параметре:
- себестоимость
- долговечность
- КПД
Соответственно, радужным прожектам по по всеобщему переходу на солнечную энергию мешает, как минимум, значительно более высокая себестоимость КВТ*ч энергии с солнечных батарей, не считая проблем накопления энергии, для темного времени суток и сезонных вариаций (для России очень актуально).
По совокупности инженерных, экономических и фундаментальных факторов в настоящее время ядерная энергетика с закрытым циклом выглядит значительно более перспективно и реалистично.
Пытаются оправдать просранный грант на исследования или просят новый, чтобы так-же разворовать...
А идею и разработку по преобразованию УФ, видимого и инфракрасного излучения в микроволновое с последующим преобразованием в электрический ток и с КПД порядка 70% - зажали где-то или уже продали за бугор... ТБМ!
Те через 3 года в два раза точно упадет? Лютый бред. Просто из жизни, батарей лет 5, китайские, пашут. Процентов 5 потеряли, это да. Какие основания верить теперь всему остальному?
Ну, и Вы наверняка не в Сахаре наблюдаете за своими батареями :)
А откуда аффтар добыл манию, что светодиоды нужно менять раз в полгода?
"Сейчас светодиоды требуют замены раз в полгода, но, если изготавливать их по новой технологии, они будут «жить» в десятки раз дольше"
От оно чо... Михалыч... Это ж 4500 часов, меньше чем у люминесцентной.. А как хвалили, как хвалили... 100 000 ну мин 50 000, ну на крайняк 30 000 часов. Не, ну понятно, врали, врут, и будут врать все и всегда. Лишь бы войны не было .. Цель подобной подачи материала является не осмысление научной сути... Главное сотрясти так, чтоб потекла струйка из звонкой монетки да в нужном направлении..
Просто нужно запомнить, светильники чьего производства ни в коем случае не покупать! :)
Кстати, к слову, насколько помню, уже есть метакомплекс который преобразует ИК в видимый свет. Правда там, то хоть-какогохто применения ещё трудиться и трудиться.
Ну а наши учердно учатся у забугорных 'учёных' как правильно разводить спонсоров на деньги.