Специальное покрытие сделало солнечные батареи всеядными

Чинань Линь (Chin-An Lin) из Университета науки и технологий имени короля Абдуллы (Саудовская Аравия, KAUST) совместно с группой коллег создал необычное нанопокрытие для солнечных батарей. Оно не только отталкивает загрязнение от поверхности фотоэлемента, но и позволяет ему эффективнее использовать солнечную энергию с разных направлений, увеличивая выработку электричества.

Главным вопросом при установке солнечных батарей является выбор угла и ее ориентация по сторонам света. В Северном полушарии панели, повернутые на юг, в большинстве случаев будут получать больше солнечной энергии. Однако во многих энергосистемах пиковая нагрузка на сеть приходится на вечерние часы пик, когда потребители возвращаются с работы и включают различные бытовые электроприборы.

Чтобы эффективнее всего работать в вечерние часы пик, панели следует ориентировать на запад (закат). Кроме того, важен и угол их наклона. Летом панель лучше всего держать параллельно грунту (свет падает сверху), а зимой (солнце стоит низко над горизонтом) она, напротив, лучше всего работает, будучи установленной вертикально. В идеале ее положение нужно постоянно корректировать, однако в случае установки на крышах домов это, как правило, невозможно.

Чинань Линь попробовал создать такую солнечную батарею, которая могла бы работать в режимах, близких к оптимальным, при любой ориентации. Для этого он нанес на обычную кремниевую фотоэлементную панель наноструктуры из кварца. Использовалось два вида структур нанометровых размеров: наностержни диаметром в один-два атома и высотой до 100 нм и наношестиугольники. Вторые являются нижним уровнем покрытия, в то время как наностержни возвышаются над ними.

С физической точки зрения механизм работы покрытия прост. Расстояние между стержнями и сторонами шестиугольников менее 300 нм, то есть меньше длины волны видимого света. Когда такая волна попадает между стержнями, она попросту не может нормально отразиться обратно. В стандартной кремниевой батарее поглощается только волна, падающая на нее под углом в 90 градусов. А на новом покрытии подавляющее большинство волн, падающих под меньшими углами, переотражается от наностержней и в конечном счете вновь падает на поверхность фотоэлемента, поглощаясь им.

За счет этого выработка электроэнергии экспериментальной солнечной батареей существенно выросла. Когда ее ориентировали идеально (под прямым углом к падающим солнечным лучам), выработка росла на 5,6%. Но чем больше ориентация отклонялась от правильной, тем лучше новая панель выглядела на фоне обычных конкурентов, не имеющих нанопокрытия. Для угла в 60 градусов модернизированный фотоэлемент вырабатывал на 46% больше энергии по сравнению со стандартными аналогами.

Разработчики отмечают, что, поскольку верхушки наностержней имеют очень малую поверхность соприкосновения, межмолекулярное притяжение между ними и частицами грязи и пыли намного слабее, чем в случае с обычной плоской поверхностью. Поэтому загрязнениям здесь попросту не за что зацепиться – грязь буквально не пристает к такому покрытию. Во время шестинедельных полевых испытаний в условиях Аравийской пустыни выработка электричества новыми батареями упала всего на 1,2%. При этом контрольная группа обычных батарей потеряла больше 5% от своего первоначального уровня выработки.

Предполагается, что новинка найдет применение в первую очередь в солнечных батареях, устанавливаемых на крышах частных домов, где постоянное изменение угла ориентации на Солнце, как и частая чистка, обычно невозможны. По расчетам, при долговременном использовании среднегодовая выработка электроэнергии подобными панелями может быть на четверть выше, чем у панелей, лишенных нанопокрытия.


Поделиться ссылкой:

Другие Новости 1Smart-Home: