Тонкие, как бумага, солнечные панели способны превратить любую поверхность в источник энергии

Инженеры Массачусетского технологического института создали солнечные панели из сверхлегкой ткани с возможностью быстрой адаптации любой поверхности в источник энергии.

 

Они являются чрезвычайно гибкими и прочными солнечными батареями, которые по сравнению с человеческим волосом намного тоньше. Они приклеены к прочной и легкой ткани, благодаря чему их легко инсталлировать на подходящую поверхность. Они могут обеспечивать энергией во время движения как хорошая износостойкая силовая ткань или транспортироваться и при необходимости быстро развертываться в отдалённых местах для предоставления энергии в любых ситуациях. Их вес составляет одну сотую веса обычных нам панелей, но способны генерировать в 18 раз больше энергии на кг. Основой являются полупроводниковые чернила, наносимые с помощью процессов печати, поэтому в будущем эту технологию можно увеличить до производства площадей любых размеров.

 

Как уже описывалось, эти панели тонкие и легкие, поэтому такие батареи можно инсталлировать на многих различных поверхностях — интегрируя в паруса лодки для обеспечения энергии во время нахождения на воде, внедрять в палатки или брезент, которые можно развернуть во время аварийно-восстановительных операций, или добавлять к крыльям беспилотников для увеличения дальности полёта. Эту невесомую солнечную аккумулятивную технологию можно применять без проблем и препятствий.

 

«Показатели для оценки новосозданных технологий солнечных батарей, как правило, ограничиваются эффективностью преобразования электроэнергии и стоимостью в долларах за Ватт. Не менее важна интегрированность — простота адаптации новой технологии под разные условия. Легкие солнечные элементы обеспечивают возможность интеграции, давая толчок для текущей работы. У нас есть цель ускорить внедрение солнечной энергии, учитывая современную потребность в развертывании новых безуглеродных источников энергии», — говорит Владимир Булович, глава Фариборза Масиха по новым технологиям, руководитель лаборатории органической и наноструктурной электроники (ONE Lab), директор MIT.nano и старший автор последней статьи, описывающей эту работу.»

 

Вместе с Буловичем к работе присоединились соавторы Майуран Сараванапаванантхам, выпускник электротехники и информатики Массачусетского технологического института; и Джеремия Мваура, научный сотрудник исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института. Исследование недавно опубликовано в журнале Small Methods.

Известные нам кремниевые солнечные батареи довольно хрупки, поэтому их запаковывают в стекло и в тяжелую толстую алюминиевую раму, что ограничивает зоны их использования.

 

Шесть лет назад команда ONE Lab изготовила солнечные элементы, используя новейший класс тонкоплёночных материалов, которые были настолько легкими, что их можно было расположить на вершине мыльного пузыря. Но эти ультратонкие солнечные батареи были изготовлены с помощью сложных вакуумных процессов, которые дорогостоящие и сложные для массового производства.

 

Сейчас специалисты взялись за разработку тонкоплёночных солнечных элементов, которые полностью пригодны для печати, используя материалы на основе чернил и подходящие под масштабируемые технологии изготовления.

 

Теперь используется наноматериал в виде электронных чернил, пригодных для печати. Работая в специальной комнате MIT.nano, специалисты покрывают структуру солнечных панелей с помощью щелевой машины для нанесения покрытий, которая наносит слои электронных материалов на подготовленную подложку толщиной всего 3 микрона, которую затем можно отделить. Техника трафаретной печати (похожа на то, как рисунки добавляются на футболки с шелкографией), электрод наносится на конструкцию, чтобы завершить солнечный модуль.

 

Затем исследователи могут отделить напечатанный модуль толщиной +- 15 микрон от пластиковой подложки, сформировав сверхлегкое солнечное устройство.

 

Но с такими тонкими отдельно стоящими солнечными панелями было сложно обращаться — легко порвать, что усложняет использование. Для решения этой проблемы, команда Массачусетского технологического института искала легкую, гибкую и высокопрочную подложку, к которой можно было бы приклеить солнечные батареи. Они определили ткани как оптимальное решение, так как они обеспечивают механическую устойчивость и гибкость при незначительном добавленном весе.

 

Нужный материал был найден — композитная ткань, которая весит лишь 13 грамм на квадратный метр, коммерчески известная как Dyneema. Эта материя изготовлена из настолько крепких волокон, что их использовали как веревки для подъёма затонувшего круизного лайнера Costa Concordia со дна Средиземного моря. Добавив слой клея, твердеющего под воздействием УФ-лучей, толщиной всего несколько микрон, они прикрепляют солнечные модули к листам этой идеальной тканевой основы. Это образует сверхлегкую и прочную структуру солнечных панелей.

 

«Хотя может показаться проще просто напечатать непосредственно на ткани, однако это ограничит выбор возможных тканей или других приёмных поверхностей до тех, которые химически и термически совместимы со всеми стадиями обработки, необходимыми для изготовления устройств. Наш подход разделяет производство солнечных батарей от их конечной интеграции», — объясняет Сараванапаванантам.

 

Во время тестирования учёные Массачусетского технологического института получили, что такие батареи могут генерировать 730 Вт электроэнергии на килограмм в автономном состоянии и около 370 Вт на килограмм в развернутом виде на высокопрочной ткани Dyneema, а это примерно в 18 раз больше мощности на килограмм по сравнению с обычными солнечными батареями.

 

«Мощность типичной солнечной установки на крыше в Массачусетсе составляет около 8000 Вт. Для генерации такого же количества электроэнергии наши тканевые фотоэлектрические устройства добавят лишь около 20 килограммов (44 фунта) на крышу дома», — говорит он.

 

Они также проверили долговечность своих устройств и обнаружили, что даже после свёртывания и разворачивания тканевой солнечной панели более 500 раз элементы всё ещё сохраняли более 90 процентов своих первоначальных возможностей генерации электроэнергии.

 

Хотя их солнечные батареи намного легче и гибче, чем традиционные батареи, их нужно было бы поместить в другой материал, чтобы защитить их от окружающей среды. Органический материал на основе углерода, используемый для изготовления ячеек, может изменяться при взаимодействии с влагой и кислородом в воздухе, что может ухудшить их работу.

 

«Обёртывание этих солнечных элементов в тяжелое стекло, как это стандартно с традиционными кремниевыми солнечными элементами, минимизирует ценность текущего прогресса, поэтому команда сейчас разрабатывает ультратонкие упаковочные решения, которые лишь незначительно увеличат вес нынешних сверхлегких устройств, – говорит Мваура.

 

«Мы работаем над удалением как можно большей части неактивного солнечного материала, сохраняя при этом форм-фактор и производительность этих сверхлегких и гибких солнечных конструкций. Например, мы знаем, что производственный процесс можно дополнительно оптимизировать, напечатав исходные подложки, эквивалентно процессу, который мы используем для изготовления остальных слоёв в нашем устройстве. Это ускорило бы внедрение этой технологии на рынок», – добавляет он.

 

Это исследование частично финансируется Eni S.p.A. через Энергетическую инициативу Массачусетского технологического института, Национальный научный фонд США и Совет природных наук и инженерных исследований Канады.

 

 

Компания СЕА предлагает по выгодным ценам популярное оборудование для сетевых солнечных, гибридных и автономных солнечных электросистем от мировых производителей. Панели, инверторы и коннекторы доступны со склада в Киеве и готовы к отгрузке!