Некоторые соображения на тему напыляемых солнечных батарей
Здесь уже не раз рассматривались различные аспекты солнечной энергетики. Я также не раз приводил простенькие расчеты, позволяющие реально оценить технико-экономические параметры некоторых солнечных энергоустановок. Я полагал, что подобный подход позволит избежать форумчанам неоправданных восторгов на основе только доводов самих разработчиков. Но комментарии к статье «Спрей превращает любую поверхность в солнечную батарею» говорят о том, что с аналитикой по-прежнему наблюдается тугизна. Краткие же сведения о данной разработке вызывают только больше вопросов, чем дают основания для радужных надежд. Давайте проведем анализ и данной разработки.
Начнем с самого главного.
В принципе каждая квантовая точка представляет собой микроисточник ЭДС, которую нужно как-то передать в нагрузку. Для этого каждая из них должна располагаться не где угодно, а на токопроводящих шинах. При этом сами шины должны иметь малое сопротивление, чтобы не было больших потерь передаваемой энергии.
Следует иметь в виду, что каждая квантовая точка, как и отдельный солнечный элемент, являются маломощными источником ЭДС и вырабатывают электроэнергию с малым напряжением и малым током. Поэтому для их работы на более-менее стандартизованные потребители энергии (в частности 12-вольтовые аккумуляторы или 12-вольтовые потребители) их объединяют в последовательнее цепочки для получения нужного напряжения, которые для повышения мощности затем соединяются параллельно. Проблемы параллельно-последовательного соединения источников ЭДС мы обсуждать не будем, специалисты и так знают возникающие при этом проблемы. А они достаточно серьезны и требуют подбора источников с допустимым разбросом, как по току, так и по напряжению. И обеспечить это простым напылением в принципе невозможно, как и невозможно при этом разместить квантовые точки в нужных местах на токопроводящих шинах.
Не следует забывать, что солнечные батареи нужны для получения электроэнергии достаточно большой мощности. А учитывая, что солнечные элементы или их линейки являются низковольтными, то при более-менее приличной мощности они должны выдавать в нагрузку большие токи. Так для питания 3-х ламп общей мощностью 300 Вт, о чем говорилось в статье, этот ток будет составлять 25 ампер. Автомобилисты несомненно видели какой диаметр имеют перемычки предохранителей на 10, 16, 20А, которые сгорают при возникновении в их цепях перегрузки.
И чтобы снять с СБ ток в десятки ампер, токопроводящие шины (медные или алюминиевые) должны иметь большое сечение и малое сопротивление. Пропускать же большие токи по пленке полупроводникового материала, имеющего высокое внутреннее сопротивление, в принципе не получится. При таких токах эта пленка просто разрушится от перегрева, а сама СБ выйдет из строя.
Также следует иметь в виду, что все электроисточники обладают не 100-процентным КПД и часть вырабатываемой ими энергии преобразуется в тепло и разогревает сам источник. Тоже самое происходит и в солнечном элементе, и это тепло нужно как-то от него отводить. Частично эту функцию по совместительству выполняют токопроводящие шины. Поэтому без обеспечения должного теплоотвода от элементов СБ она долго не проживет. В связи с этим напылять СБ на нетеплопроводящие деревянные стены, окна, неметаллические крыши и т.п. будет невозможно и не следует строить иллюзий на этот счет. И еще раз напомню, что каждая секция СБ должна иметь регулярную структуру с достаточно малым разбросом параметров по току и напряжению для возможности их объединения в параллельно-последовательные цепочки в обеспечение больших мощностей.
Нецелесообразно наносить такие СБ и на стены домов, т.к. будут большие потери излучения из-за неперпендикулярности его падения на поверхность СБ (желающие проверить этот довод могут вспомнить школьную геометрию). В этом отношении СБ на крыше более эффективны. Наиболее же эффективные СБ вообще имеют поворотные системы слежения за Солнцем, но это сильно удорожает солнечные энергосистемы.
В заключение хочу обратить внимание на еще одну нестыковку в статье. Площадь СБ на крыше автомобиля будет около 2м2. Тогда для обеспечения указанной в статье мощности в 300 Вт, с каждого м2 нужно снимать 150 Вт, что в первом приближении эквивалентно КПД СБ в 15%. Пока же пленочные и тонкопленочные СБ имеют КПД в 2-3 раза меньше.
Из изложенного следует, что приведенная в указанной статье информация вероятнее всего является благими пожеланиями самих разработчиков и относиться к ней нужно философски. И приведенные выше доводы, на мой взгляд, в этом должны убедить.
Комментарии
1. "В принципе каждая квантовая точка представляет собой микроисточник ЭДС, которую нужно как-то передать в нагрузку"
А нельзя-ли превратить каждую квантовую точку из источника ЭДС непосредственно в источник тока, тогда мы будем иметь дело не с набором микробатарей у которых надо правильно соединить полюса, а с набором микроручьёв которые надо объединить в большой ручей.
2) Для синхронизации ориентации всех точечных источников тока, можно использовать магнитное поле земли.
3) Напылять аэрозоль достаточно на металлические крыши, которые кстати сказать, позволяют утилизировать выделяющееся паразитное тепло посредством превращения холодной воды, используемой для охлаждения крыши, в горячую предназначенную для бытовых нужд
Я к тому описал соображения которые сразу приходят в голову, что может быть проблемы о которых Вы упомянули - вполне решаемы?