Тоненькі, як папір, сонячні панелі здатні перетворити будь-яку поверхню на джерело енергії

Інженери Массачусетського технологічного інституту створили сонячні панелі з надлегкої тканини з можливістю швидкої адаптації будь-якої поверхні на джерело енергії.

 

Вони є надзвичайно гнучкими та міцними сонячними батареями, що порівняно з людською волосиною є набагато тоншими. Вони приклеєні до тривкої й легкої тканини, завдяки чому їх легко інсталювати на підходящу поверхню. Вони можуть забезпечувати енергією під час руху як гарна зносостійка силова тканина або транспортуватися та за необхідності швидко розгортатися у віддалених місцях для надання енергії у будь-яких ситуаціях. Їх вага становить одну соту ваги звичних нам панелей, проте здатні генерувати у 18 разів більше енергії на кг. Основою є напівпровідникові чорнила, що наносяться за допомогою процесів друку, тому в майбутньому цю технологію можна збільшити до виробництва площ будь-яких розмірів.

 

Як вже описувалось, ці панелі тонесенькі та легенькі, тому такі батареї можна інсталювати на багатьох різних поверхнях -  інтегрувавши у вітрила човна для забезпечення енергії під час перебування на воді, впровадити до наметів чи брезенту, які можна розгорнути під час аварійно-відновлювальних операцій, або додати до крил безпілотників для збільшення дальності польоту. Цю невагому сонячну акумулятивну технологію можна застосовувати без проблем і перешкод.

 

“Показники для оцінки новостворених технологій сонячних батарей, як правило, обмежуються ефективністю перетворення електроенергії та вартістю в доларах за Ват. Не менш важливою є інтегрованість — простоту адаптації нової технології під різні умови. Легкі сонячні елементи забезпечують можливість інтеграції, надаючи поштовх для поточної роботи. В нас є ціль пришвидшити впровадження сонячної енергії, враховуючи сучасну потребу в розгортанні нових безвуглецевих джерел енергії», — говорить Володимир Булович, голова Фаріборза Масіха з нових технологій, керівник лабораторії органічної та наноструктурної електроніки (ONE Lab), директор MIT.nano та старший автор останньої статті, що описує цю роботу.”

 

Разом з Буловічом до роботи приєдналися співавтори Маюран Сараванапаванантхам, випускник електротехніки та інформатики Массачусетського технологічного інституту; і Джеремія Мваура, науковий співробітник дослідницької лабораторії електроніки Массачусетського технологічного інституту. Дослідження нещодавно опубліковано в журналі Small Methods.

Відомі нам кремнієві сонячні батареї є доволі крихкими, тому їх запаковують у скло та у важку товсту алюмінієву раму, що обмежує зони їх використання.

 

Шість років тому команда ONE Lab виготовила сонячні елементи, використовуючи новітній клас тонкоплівкових матеріалів, які були настільки легкими, що їх можна було розташувати на вершині мильної бульбашки. Але ці ультратонкі сонячні батареї були виготовлені за допомогою складних вакуумних процесів, які є дорогі та складні для масштабного виробництва.

 

Зараз спеціалісти взялися за розробку тонкоплівкових сонячних елементів, які повністю придатні для друку, використовуючи матеріали на основі чорнила та підходять під масштабовані технології виготовлення.

 

Тепер використовується наноматеріал у вигляді електронних чорнил, придатні для друку. Працюючи в спеціальній кімнаті MIT.nano, фахівці покривають структуру сонячних панелей за допомогою щілинної машини для нанесення покриттів, що наносить шари електронних матеріалів на підготовлену підкладку товщиною лише 3 мікрони, яку згодом можна відокремити. Техніка трафаретного друку ( подібна до того, як малюнки додаються до футболок із шовкографією), електрод наноситься на конструкцію, щоб завершити сонячний модуль.

 

Потім дослідники можуть відокремити надрукований модуль товщиною +- 15 мікрон від пластикової підкладки, утворивши надлегкий сонячний пристрій.

 

Але з такими тонкими окремо стоячими сонячними панелями було складно поводитись- легко порвати, що ускладнює використання. Для вирішення цієї проблеми, команда Массачусетського технологічного інституту була в пошуках легкої, гнучкої та високоміцної підкладки, до якої можна було б приклеїти сонячні батареї. Вони визначили тканини як оптимальне рішення, оскільки вони забезпечують механічну стійкість і гнучкість при незначній доданій вазі.

 

Потрібний матеріал був знайдений — композитна тканина, яка важить лише 13 грамів на квадратний метр, комерційно відому як Dyneema. Ця матерія виготовляється з настільки міцних волокон, що їх використовували як мотузки для підняття затонулого круїзного лайнеру Costa Concordia з дна Середземного моря. Додавши шар клею, що твердіє під дією УФ-променів, товщиною всього кілька мікрон, вони прикріплюють сонячні модулі до листів цієї ідеальної тканинної основи. Це утворює надлегку та міцну структуру сонячних панелей.

 

«Хоча може здатися простішим просто надрукувати безпосередньо на тканині, проте це обмежить вибір можливих тканин або інших приймальних поверхонь до тих, які хімічно та термічно сумісні з усіма стадіями обробки, потрібними для виготовлення пристроїв. Наш підхід відокремлює виробництво сонячних батарей від їх кінцевої інтеграції», — пояснює Сараванапаванантам.

 

Під час тестування, вчені Массачусетського технологічного інституту отримали, що такі батареї можуть генерувати 730 Вт електроенергії на кілограм при автономному стані та близько 370 Вт на кілограм в розгорнутому вигляді на високоміцній тканині Dyneema, а це приблизно у 18 разів більше потужності на кілограм, порівняно із звичайними сонячними батареями.

 

«Потужність типової сонячної установки на даху в Массачусетсі складає близько 8000 Вт. Щоб генерувати таку саму кількість електроенергії, наші тканинні фотоелектричні пристрої додадуть лише близько 20 кілограмів (44 фунти) на дах будинку», — каже він.

 

Вони також перевірили довговічність своїх пристроїв і виявили, що навіть після згортання та розгортання тканинної сонячної панелі понад 500 разів елементи все ще зберігали понад 90 відсотків своїх початкових можливостей генерації електроенергії.

 

Хоча їх сонячні батареї набагато легші та більш гнучкі, ніж традиційні батареї, їх потрібно було б помістити в інший матеріал, щоб захистити їх від навколишнього середовища. Органічний матеріал на основі вуглецю, який використовується для виготовлення клітин, може бути змінений шляхом взаємодії з вологою та киснем у повітрі, що може погіршити їхню роботу.

 

«Обгортання цих сонячних елементів у важке скло, як це стандартно з традиційними кремнієвими сонячними елементами, мінімізує цінність поточного прогресу, тому команда зараз розробляє ультратонкі пакувальні рішення, які лише незначно збільшать вагу нинішніх надлегких пристроїв, – каже Мваура.

 

«Ми працюємо над видаленням якомога більшої частини неактивного сонячного матеріалу, зберігаючи при цьому форм-фактор і продуктивність цих надлегких і гнучких сонячних конструкцій. Наприклад, ми знаємо, що виробничий процес можна додатково оптимізувати, надрукувавши вихідні підкладки, еквівалентно процесу, який ми використовуємо для виготовлення інших шарів у нашому пристрої. Це пришвидшило б впровадження цієї технології на ринок», – додає він.

 

Це дослідження частково фінансується Eni S.p.A. через Енергетичну ініціативу Массачусетського технологічного інституту, Національний науковий фонд США та Раду природничих наук та інженерних досліджень Канади.

 

 

Компанія СЕА пропонує по вигідним цінам популярне обладнання для мережевих сонячних, гібридних та автономних сонячних електросистем від світових виробників. Панелі, інвертори та конектори доступні зі складу в Києві та готові для відвантаження!