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.