Новини

У 18 разів більше енергії: дослідники MIT розробили ультратонкі та легкі сонячні елементи, що наносяться на тканину

У 18 разів більше енергії: дослідники MIT розробили ультратонкі та легкі сонячні елементи, що наносяться на тканину

Тонкоплівкові сонячні елементи важать приблизно у 100 разів менше, ніж звичайні сонячні батареї, при цьому виробляють приблизно в 18 разів більше енергії на кілограм. Група дослідників розробила новий метод виробництва ультратонких та легких сонячних елементів, які можна легко інтегрувати на будь-яку поверхню. Нові надлегкі тканинні сонячні елементи можуть легко і швидко перетворити будь-яку поверхню на джерело енергії. Дослідження було опубліковано в журналі Small Methods.

Елементи, що набагато тонші за людське волосся, приклеєні до міцної та легкої тканини, що спрощує їх встановлення на нерухому поверхню. Вони можуть забезпечувати енергією як енергетична тканина, що носиться, їх можна швидко розгортати у віддалених місцях для надання допомоги у надзвичайних ситуаціях. Вони у 100 разів легші за звичайні сонячні панелі, генерують у 18 разів більше енергії на кілограм та виготовляються з напівпровідникового чорнила з використанням процесів друку, які в майбутньому можна масштабувати на великі площі тканини.

Сонячні елементи можна ламінувати на різні поверхні. Наприклад, вони можуть бути інтегровані у вітрила човна для забезпечення живлення у морі, прикріплені до наметів та брезенту або встановлені на крилах дронів для збільшення дальності їхнього польоту. Технологія може бути легко інтегрована у забудоване середовище з мінімальними вимогами до встановлення.

Традиційні кремнієві сонячні елементи крихкі, тому вони повинні бути поміщені у скляний корпус та упаковані у важку товсту алюмінієву раму, що обмежує можливості їхнього встановлення.

Для виробництва сонячних елементів використовуються наноматеріали у вигляді електронного чорнила, придатного для друку. Працюючи в «чистій кімнаті» MIT.nano, дослідники створювали структуру сонячного елемента за допомогою пристрою для нанесення покриттів, який методом трафаретного друку наносить шари електронних матеріалів на підготовлену знімну підкладку товщиною всього 3 мікрони.

Потім від підкладки відокремлювався друкований модуль завтовшки близько 15 мн.

З такими тонкими автономними сонячними модулями складно поводитися – вони можуть легко порватися. Щоб розв’язати цю проблему, команда Массачусетського технологічного інституту шукала легку, гнучку та високоміцну підкладку для сонячних елементів. Вони визначили тканини як оптимальне рішення, оскільки вони забезпечують механічну стійкість та гнучкість, не додаючи багато ваги.

Інженери знайшли ідеальний матеріал – композитну тканину вагою лише 13 г на квадратний метр, відому як Dyneema. Ця тканина виготовлена ​​із настільки міцних волокон, що їх використовували як канати для підйому затонулого круїзного лайнера Costa Concordia з дна Середземного моря. Додаючи шар клею, що твердне під ультрафіолетовим випромінюванням, товщиною всього кілька мікронів, сонячні модулі прикріпили до листів цієї тканини.

«Хоча може здатися простішим надрукувати сонячні елементи прямо на тканині, це обмежить вибір можливих тканин або інших поверхонь тими, які хімічно і термічно сумісні з усіма етапами обробки, необхідними для виготовлення пристроїв. Наш підхід відокремлює виробництво сонячних елементів від їхньої остаточної інтеграції», — пояснює співавтор дослідження Маюран Сараванапаванантам, аспірант Массачусетського технологічного інституту з електротехніки та інформатики.

Тестовий енергогенерувальний пристрій, зібраний вченими, може виробляти 730 Вт енергії на кілограм сам собою, і близько 370 Вт на кг при нанесенні на тканину Dyneema. Це приблизно в 18 разів більше показника на одиницю маси у сонячних елементів, що використовуються зараз.

«Типова сонячна установка на даху Массачусетс має потужність близько 8000 Вт. Щоб генерувати таку ж кількість енергії, наші тканинні фотогальваніки додадуть лише близько 20 кг покриття на дах будинку».

Навіть після скручування та розкручування тканинної сонячної панелі понад 500 разів елементи, як і раніше, зберігають понад 90% своїх початкових вироблень енергії.

Хоча нові сонячні елементи набагато легші та набагато гнучкіші, ніж традиційні елементи, вони повинні бути укладені в інший матеріал, щоб захистити їх від навколишнього середовища. Органічний матеріал на основі вуглецю, що використовується для виготовлення елементів, може модифікуватися при взаємодії з вологою та киснем повітря, що може погіршити їхню роботу.

«Закриття цих сонячних елементів важким склом, як це заведено у традиційних кремнієвих сонячних елементах, зведе до мінімуму цінність нинішнього досягнення, тому наразі команда розробляє рішення для ультратонкого пакування, які лише незначно збільшать вагу нинішніх надлегких пристроїв. Ми працюємо над тим, щоб видалити якнайбільше матеріалу, що не має сонячної активності, при цьому зберігши формфактор і характеристики цих надлегких і гнучких сонячних структур. Наприклад, ми знаємо, що виробничий процес можна ще більше спростити, надрукувавши знімні підкладки, що еквівалентно процесу, який ми використовуємо для виготовлення інших шарів нашого пристрою. Це прискорить виведення цієї технології ринку».

Дослідження фінансувалося Енергетичною ініціативою Массачусетського технологічного інституту, Національним науковим фондом США та Канадською радою з природничих наук та інженерних досліджень.

Рейтинг найкращих портативних сонячних панелей в Україні – ТОП 10 моделей 2022 року          

Джерело: SciTechDaily


Завантаження коментарів...

Повідомити про помилку

Текст, який буде надіслано нашим редакторам: