Голографические солнечные батареи препарируют свет перед потреблением
Эти необычные фотоэлектрические преобразователи смотрят за перемещающимся Солнцем не двигаясь и отбирают из потока света самые «вкусные» для себя частоты. Наряду с этим тут нет ни одной подвижной подробности, а низкая удельная цена новых батарей вынудит многих сообщить ископаемому горючему «прощай».
Американская компания Prism Solar Technologies выдвигает на рынок необыкновенный продукт – солнечные фотоэлектрические модули, отличающиеся низкой ценой одного ватта выходной мощности и целым рядом привлекательных технических моментов. Да и привлекательной наружностью, что другой раз также принципиально важно.
Казалось бы, недорогие солнечные батареи не смогут похвастать высокой эффективностью. По крайней мере, так было до сих пор.
Но тут, наверное, компания сумела отыскать уникальное решение проблемы отношения мощность/цена, а для этого приспособила к солнечной энергетике очень любопытную разработку.
Как пишет Prism Solar, мысль применения правил голографии (подробнее о ней вы имеете возможность прочесть тут) для концентрации света в устройствах для солнечной энергетики дискутировалась в технической литературе ещё В первую очередь 1980-х. Но Сейчас как раз Prism Solar довела эту сырую идею до ума, а основное – до продукта, готового к массовому производству.
Первый прототип коммерческой голографической солнечной батареи (фото с сайта nrel.gov).
Сердце новой солнечной панели — плоский голографический концентратор (Holographic Planar Concentrator — HPC). Это голограмма (голографическая плёнка), зажатая между двумя слоями стекла.
На плёнке при помощи лазера выполнены невидимые для глаза «узоры» интерференции, вычисленные определённым образом. Для чего они необходимы?
Дело в том, что эта голограмма как будто бы вырезает из солнечного спектра частоты, каковые наиболее воздействуют на фотоэлектрическую батарею, а потом – плёнка отражает необходимые волны дальше.
Фактически, батарея нового типа представляет собой чередующиеся полосы, как у тельняшки: полоса голограммы – полоса фотоэлектрической батареи и без того потом.
Необходимые лучи, за счёт многократного отражения от голограммы и от внутренней поверхности наружного стекла, концентрируются и направляются на участки между голограммами, где с обратной стороны стеклянного «бутерброда» закреплены, фактически, фотоэлектрические панели.
Концентрация света тут достигается не столь высокая, как в совокупностях с зеркалами, призмами либо линзами – всего-то до 10 раз. Но, в отличие от упомянутых ветхих типов концентраторов, HPC владеет недюжинными преимуществами.
Это минимальная толщина и лёгкость. Это селекция света по частотам («тепловая» часть спектра на фотоячейки не попадает), приводящая к высокой отдаче фотоэлектрических преобразователей без их перегрева.
И без всяких вентиляторов, увидьте. А ведь при с линзами и зеркалами принудительное охлаждение кремниевых панелей – непременное условие их работы, там-то концентрация солнечного света достигает 100 и более раз, да ещё и концентрируется — целый спектр.
Разрез голографической фотоэлектрической батареи.
Толщина каждого из двух слоёв стекла — 3,2 миллиметра (жёлтый цвет), толщина голографической плёнки — 7 микрон (оранжевый). Синим продемонстрирована фотоэлектрическая ячейка.
Стрелки — направление солнечных лучей. Благодаря сложной голограмме свет будет верно отражаться и попадать на фотоэлектрическую ячейку не только при падении по нормали к поверхности, но и в достаточно широком диапазоне углов (иллюстрация с сайта nrel.gov).
Если сравнивать с солнечными батареями без концентраторов, тут для получения одного ватта требуется на 50-85% меньше кремния, что есть одним из условий очень низкой цены голографических панелей. Да к тому же и сами голографические плёнки кроме этого существенно дешевле громадных зеркал либо линз.
Имеется тут и ещё одно очень увлекательное преимущество.
Применённая в HPC голограмма – мультиплексная. Практически – это огромное количество голограмм, наложенных одна на другую и «действующий» при падении на них солнечного света под своим, личным углом.
Такое ответ дает возможность приобрести высокую отдачу панели без поворота её за Солнцем – легко при каждом его положении на небе, в пределах какого-либо угла, направления света и задачу сбора на фотоэлектрические ячейки решает одна из этих голограмм.
А отсутствие механизма поворота – ещё пара центов на весах экономии. К тому же, такую панель возможно монтировать конкретно на крыше.
Так выглядит 25-ваттный модуль от Prism Solar. Как видим, фактически фотоэлектрические преобразователи занимают меньшую долю неспециализированной площади, но промежутки между ними, каковые только выглядят как простое стекло — вовсе не лишние (фото с сайта nrel.gov).
Но это всё – теория. А что с практикой? В конце этого года Prism Solar собирается начать серийный выпуск собственных голографических батарей по очень привлекательной цене $2,4 за ватт, что приблизительно в 1,5-2 раза дешевле самых массовых на рынке «простых» батарей на базе кристаллического кремния (приблизительно $3,2-4 за ватт).
Более того, второе поколение голографических батарей компания обещает сделать ещё дешевле – $1,5 за ватт (они покажутся через пара лет). А это тем более — страшный соперник для других источников энергии (в районах, где большое количество солнечных дней в году, очевидно).
До тех пор пока первые образцы таких батарей проходят опробования в лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (National Renewable Energy Laboratory), и – в ряде районов Америки и Японии. Серийное же производство – прейдет скоро.
И это должен быть успешный продукт.
Глава Prism Solar Рик Левандовски (Rick Lewandowski) именует концентратор HPC «более элегантным ответом», чем зеркала и линзы, разрешающим, равно как и они, снизить расход кремния на одну панель заданной мощности. Но наряду с этим — сохранить толщину, лёгкость и конструктивную простоту простых солнечных панелей.
А частичная прозрачность новинки разрешит встраивать её в стёкла: к примеру, в окнах чердачных помещений либо в декоративных дверях. Ещё один мелкий плюсик.
Компания взяла на HPC два американских патента (смотрите тут и тут) и собирается ещё взять последовательность дополнительных.
Так что, наровне с наукой, разработчики этих необыкновенных солнечных панелей позаботились и о коммерции. А ведь это и будет момент истины, талантливый проверить на прочность каждые прекрасные идеи.
