Продолжение полемики по прозрачным солнечным батареям

На модерации Отложенный

Размещенная здесь публикация «Созданы абсолютно прозрачные солнечные батареи» вызвала достаточно большой интерес форумчан и их активное участие в комментировании этого события. При этом мнения разделились весьма полярно – от отрицательных до замечательных и перспективных.

Большинство комментариев больше носят чисто эмоциональный характер или просто ни о чем, но 2 комментария заслуживают более пристального внимания. Ответить на них в формате комментариев неудобно, поэтому я решил сделать это в виде отдельной небольшой статьи.

1. К числу отрицательных комментариев можно отнести комментарий Игоря Живухина, в котором он писал:

Если учесть, что большая часть излучения Солнца (а, следовательно, и дневного света) находится в видимом диапазоне, то эти умники заранее отказались от использования большей части энергии. Соответственно КПД таких батарей будет ноль целых хрен десятых, без реальных перспектив существенно его повысить...

Впрочем, явление имеет чисто научное значение, и может получить некоторое ограниченное применение в какой-то другой области...

Со своей стороны могу сказать, что это достаточно адекватная оценка разработки, с которой в основном вполне можно согласиться. Некоторые тонкие моменты здесь мы рассматривать не будем и остановимся на них ниже.

2. Достаточно противоречивый комментарий оставил Вихрь Космический, на котором мы подробнее и остановимся.

Вихрь писал: Разработка прозрачных солнечных батарей (независимо пока от их недостаточной энергомощности, это устранят - коэффициент повысят!) считаю чрезвычайно важным для жилищного строительства! Посмотрите, какие огромные площади окон всех домов вокруг Вас - а они бы могли вырабатывать электро-световую энергию, которая сейчас просто пропадает! И эта дополнительная энергия при её потреблении влилась бы в систему и снизила бы нагрузку на другие источники энергии!

Кстати, для выполнения окном своей световой функции вполне достаточно, чтобы стекло пропускало лишь часть светового участка спектра, но как УФ, так и ИК радиация в жилом помещении даже по ряду причин и вовсе нежелательна (и даже вредна) и поэтому эти участки спектра вполне можно использовать для получения электроэнергии!

Энергетическое соотношение по частотам Солнечного луча вблизи поверхности здесь примерно таково (наименование/ частоты длина волны, мкм/ процентная часть мощности потока):

УФ (Ультрафиолетовая радиация)/ <0,38 мкм / 11%

Видимая часть спектра (цвета: ФСГЗЖОК) / 0,39...0,68 мкм / 68%

ИК (Инфракрасная радиация) / >0,68 мкм / 21%

Так что получается, что около ТРЕТИ мощности светового потока поступающего на все окна домов можно успешно использовать для получения электроэнергии! Какова же будет суммарная мощность поступающей "оконной" дармовой электроэнергии от многоэтажного дома, небоскрёба или целого жилого квартала?

Так что эти разработки прозрачных энерго-электросветовых элементов считаю замечательными и весьма перспективными!

У меня же мнение по обозначенным здесь аргументам несколько иное, которое я и постараюсь обосновать.

Начнем со спектрального диапазона. В области ультрафиолета нет эффективных фотопреобразователей, работающих ниже 0,35-0,32 мкм, к тому же они плохо совместимы с кремниевыми и гетероструктурными технологиями. Поэтому их доля в общей эффективности фотоэлектрического преобразования будет составлять всего несколько процентов, а не 11%.

По поводу видимого спектра возражать не буду, тем более, что процентом больше или меньше роли уже не играет.

Инфракрасный спектр требует некоторых пояснений. Кремниевые СБ в типовом исполнении имеют верхнюю спектральную границу 0,9-1,1 мкм (а это только край ближнего ИК). Гетероструктурные фотоэлектрические преобразователи в основной массе имеют спектральный диапазон порядка 1,8 мкм. Сложные гетероструктуры охватывают диапазон порядка 2,5 мкм. Но и это ближний ИК. В среднем (> 5-7 мкм) и дальнем (десятки мкм) ИК диапазоне полупроводниковых структур, пригодных для преобразования солнечного излучения, нет. Так что ИК даст вклад в общую эффективность преобразования также всего несколько процентов, а не 20%.

Таким образом, использование ИК и УФ диапазонов для получения электроэнергии возможно, но крайне неэффективно. И никакой трети при этом не набирается.

Использование окон в качестве носителей фотоэлектрических преобразователей уже давно и многим не дает покоя. Вот только подход при этом несколько иной. В солнечных странах у жителей домов проблема как раз обратная – как спрятаться от палящего солнца. Поэтому снижение пропускной способности окон в 1,5-2 раза было бы весьма полезно. Ну а вторую половину солнечного излучения при этом можно будет использовать на выработку электроэнергии, не вырезая при этом наиболее эффективную часть спектра. И КПД пленочных СБ в таком случае может составлять процентов 10-12, что уже вполне приемлемо.

Из изложенного выше следует, что данная прозрачная СБ не является ни замечательной, ни перспективной.

Чтобы не заканчивать статью на грустной ноте, хочу внести немного позитива.

У меня на Макспарке было несколько публикаций по взрывным ударно-волновым технологиям и приводились примеры некоторых их применений.

В момент взрыва заряда детонационная волна является своего рода химическим реактором, где при высоких давлениях и температурах углерод во взрывной камере преобразуется в ультрадисперсные и низкоразмерные фракции углерода - после взрыва получается наноуглеродная шихта с различными примесями. Последующая обработка и очистка наноуглеродной шихты позволяет получать в промышленных объемах низкоразмерные фракции углерода с заданными физико-химическими свойствами. А сам нанодисперсный углерод затем может найти самые разнообразные применения, придавая известным материалам действительно уникальные характеристики.

Одно из таких применений является его использование при изготовлении фотоэлектрических преобразователей нового типа. При этом, по данным разработчиков, ими были получены уникальные результаты при создании пленочных солнечных батарей - их КПД составлял более 40% !!! И если это действительно окажется так, то Вексельбергу с Чубайсом свой завод можно будет не достраивать, да и Физтех с Алферовскими гетероструктурами и линзами Френеля придется потеснить (реально достигнутый ими КПД составляет 32-35%, а про 10-12% у тонкопленочных СБ и говорить даже неприлично, не то что дополнительные миллиарды на них выделять).

Огромным достоинством наноуглеродных пленок является их прозрачность, что позволит наносить солнечные батареи прямо на оконное стекло, при сохранении, например, их 50% прозрачности. Для южных стран с их палящим солнцем это будет прямо находка даже с учетом того что КПД батарей в пленочном исполнении будет несколько ниже.

И вот такие прозрачные солнечные батареи действительно были бы замечательными и перспективными.

К сожалению, проводить работы по взрывным технологиям в современных условиях крайне сложно, чем и обусловлены большие сроки разработки и сложность с их промышленным освоением.