Что такое фотовольтаические системы и из чего они состоят?

Y MagazineHi-Tech

Светлая сила

Текст: Александр Тараненко

Продолжая тему экологических направлений яхтенной энергетики, начатую в статьях «Электрическое движение» и «Водородное движение», опубликованных в двух предыдущих выпусках журнала, поговорим здесь о фотовольтаике. Этот уже устоявшийся термин относится к солнечной энергетике. Фотовольтаические системы (ФВС) используют фотоэлектрический эффект для преобразования фотонов в электроны, то есть преобразуют поток света в электрический ток, что делает весьма перспективным их применение на яхтах.

Солнечную энергию человечество использует с незапамятных времен, но критически важный этап в истории солнечной энергетики пришелся на 1839 год, когда французский ученый Эдмон Беккерель обнаружил явление фотоэлектрического эффекта. В 1883 году американский изобретатель Чарльз Фриттс создал первый селеновый элемент, работавший на основе фотоэлектрического эффекта. В 1954 году компания Bell Labs (США) выпустила первые коммерческие солнечные батареи, которые использовались в различных аппаратах.

В настоящее время солнечная энергетика является одним из наиболее быстрорастущих и перспективных направлений в области возобновляемых источников энергии. Различные страны инвестируют в ее развитие, строят солнечные фермы и парковки, устанавливают солнечные панели на крышах зданий, транспортных средствах и, конечно же, на океанских яхтах, позволяя им передвигаться по миру, используя этот неисчерпаемый источник энергии.

Что такое ФВС?

Фотовольтаические системы состоят из так называемых солнечных, или фотоэлектрических, панелей (ФЭП), содержащих множество ячеек из материалов с различными характеристиками, определяющими эффективность (КПД) преобразования светового потока в электронный, их долговечность, механические свойства и стоимость. В настоящее время наиболее распространенным типом солнечных панелей являются кремниевые. Они широко представлены на современном рынке. Однако развитие солнечной энергетики привело к появлению большого количества других типов ФЭП, которые принято разделять на три поколения в зависимости от материалов, используемых при их изготовлении.

Первое поколение включает в себя монокристаллические кремниевые солнечные элементы, которые можно легко отличить по равномерной окраске и форме, — прямоугольные ячейки со скошенными углами. Другой тип — поликристаллические панели из множества отдельных кристаллов; они имеют прямоугольную форму с неокругленными краями. К данному поколению также следует отнести панели на основе арсенида галлия (GaAs) — химического соединения галлия и мышьяка; они обладают большей эффективностью, однако из-за наличия дорогостоящих, редких и токсичных веществ не получили широкого распространения.

Второе поколение ФЭП появилось в результате решения вопроса стоимости панелей. К ним относятся различные типы тонкопленочных солнечных элементов. В свою очередь, они классифицируются в зависимости от фотоэлектрического материала, которым покрыта подложка: теллурид кадмия (CdTe), аморфный кремний (a-Si, некристаллический диоксид кремния), диселенид меди (CuSe2) и меди-индия (CuInSe2), фотоэлементы из меди, индия и галлия (CIGS). Такие солнечные панели дешевле в производстве, имеют гибкую структуру, а затенение и повышенные температуры оказывают меньшее влияние на их работу. Однако главный их недостаток — относительно невысокий КПД, что подвигло ученых к различным разработкам третьего поколения ФЭП.

К третьему поколению относятся тандемные солнечные панели, тонкопленочные структуры, а также новейшие виды фотопреобразователей, такие как солнечные элементы, сенсибилизированные красителем; солнечные элементы на основе квантовых точек; перовскитные солнечные панели (используют полупроводниковые материалы с кристаллической структурой); органические солнечные панели; солнечные элементы из сульфида меди, цинка и олова (CZTS). Наибольшим КПД (более 48%) в настоящее время обладают многопереходные полупроводниковые фотоэлементы. Можно также отметить быстрое развитие новых типов (emerging PV) фотоэлектрических преобразователей третьего поколения. Однако коммерчески оправданными в применении до сих пор являются ФЭП с КПД, не превышающим 23% при теоретическом максимуме 85–88%.

Тонкие пленки и инновации

Для применения в судовых системах в последнее время широкое распространение начинают получать панели третьего поколения, основанные на тонкопленочной фотоэлектрической технологии. От традиционных солнечных панелей их конструкцию отличает использование слоев фотоэлектрического материала на подложке, такого как стекло, пластик или металл. Эти слои могут быть более чем в 100 раз тоньше традиционных кремниевых пластин в стандартных солнечных панелях. В результате панели получаются гибче и легче, их можно устанавливать на самые разные поверхности, в том числе там, где традиционные панели не применить.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

От Шагала до мурала От Шагала до мурала

Арт-маршрут от Ниццы до Перпиньяна, достойный целых каникул

Y Magazine
Гастрономия Гастрономия

Лучшие рестораны — новые и возрождённые

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Автономный шестилапый робот «MICROBRO» Автономный шестилапый робот «MICROBRO»

Как создать ровер, который сам везет ваш багаж туда, куда вам нужно?

Наука и техника
Колледж учит жизни Колледж учит жизни

Куда идут работать после выпуска из учебного заведения выпускники колледжей

Ведомости
Гибель «Титаника»: русское эхо трагедии Гибель «Титаника»: русское эхо трагедии

Как гибель «Титаника» отразилась на русских прессе и обществе?

Дилетант
Флагман дальнего плавания Флагман дальнего плавания

Bering 165 — это судно с отвесным форштевнем и высоким бортом до миделя

Y Magazine
Путь к свободе Путь к свободе

Ferretti Yachts 940 заменила 920 и при всем сходстве заметно от нее отличается

Y Magazine
Отели Отели

Отели, которым нет равных, для самых взыскательных гостей

RR Люкс.Личности.Бизнес.
На чистую воду На чистую воду

Новинка итальянской верфи Columbus Yachts — моторная суперъяхта Acqua Chiara

Y Magazine
Не спешите на свалку: как подарить вторую жизнь вашему старому ноутбуку Не спешите на свалку: как подарить вторую жизнь вашему старому ноутбуку

Как превратить вашего динозавра в шустрого помощника для работы и учебы?

ТехИнсайдер
Простор для творчества Простор для творчества

Верфь Bilgin Yachts продолжает успешную серию 50‑метровых яхт Bilgin 163

Y Magazine
Боди-хоррор как реальность Боди-хоррор как реальность

Каким получился фильм о созависимых отношениях «Одно целое»

Weekend
Целиком и полностью: гид по творчеству Луки Гуаданьино Целиком и полностью: гид по творчеству Луки Гуаданьино

Творческий путь Луки Гуаданьино: о главных его работах

Правила жизни
Нежные минималисты и футболистка-футуристка Нежные минималисты и футболистка-футуристка

Как современные музыканты и композиторы ломают жанровые барьеры за кадром

Weekend
Как на Руси строили железные дороги Как на Руси строили железные дороги

История строительства российских железных дорог: от первых путей до Транссиба

Наука и техника
«Рапунцель» и «Румпельштильцхен»: как сказочницы сочиняли совсем не детские истории «Рапунцель» и «Румпельштильцхен»: как сказочницы сочиняли совсем не детские истории

О шести сказочницах, которые говорили о женской судьбе

Forbes
Няня для хвостатого: спрос на услуги по уходу за животными вырос на 162% Няня для хвостатого: спрос на услуги по уходу за животными вырос на 162%

Категория «Уход за животными» стала самой быстрорастущей на рынке услуг

Forbes
Искусство детям Искусство детям

Как говорить с ребенком об искусстве, не усыпив его скучными терминами

Grazia
Жизнь и любовь Александра Митты Жизнь и любовь Александра Митты

В кино я, как и во всем, старался остаться в детстве

Коллекция. Караван историй
Цветочный код Цветочный код

О чем расскажет букет: «говорящие» оттенки и количество бутонов

Лиза
Обязательно к посещению: лучшие страны для путешествий в Азии Обязательно к посещению: лучшие страны для путешествий в Азии

Рассказываем об азиатских странах, в которых вам точно нужно побывать

ТехИнсайдер
Леопардовые тюлени поют песни, похожие на детские стишки Леопардовые тюлени поют песни, похожие на детские стишки

Ученые обнаружили, что песни леопардовых тюленей похожи на детские стишки

ТехИнсайдер
Самый умный Самый умный

Топ-10 приложений, которые помогут детям лучше учиться

Лиза
Эта привычка может повысить риск развития деменции на 43% Эта привычка может повысить риск развития деменции на 43%

Употребление большого количества сахара может повысить риск развития деменции

ТехИнсайдер
«И бысть брань крѣпка зѣло и сѣча зла» «И бысть брань крѣпка зѣло и сѣча зла»

Куликовская битва — одно из самых знаменитых сражений в российской истории

Дилетант
Почему даже умные люди попадаются на маркетинговые ЗОЖ-уловки Почему даже умные люди попадаются на маркетинговые ЗОЖ-уловки

Почему мы так верим «оздоровительному» контентому?

ТехИнсайдер
Северный олень добрался до испанской Атапуэрки не меньше 243 тысяч лет назад Северный олень добрался до испанской Атапуэрки не меньше 243 тысяч лет назад

Испанские ученые обнаружили в Атапуэрке зуб северного оленя времен оледенений

N+1
«Если никто не спрашивает, то и отвечать не нужно» «Если никто не спрашивает, то и отвечать не нужно»

Карл Густав Юнг о том, что он узнал о людях

Weekend
Правильное утро Правильное утро

Секреты завтрака на диете

Лиза
Повышая ставки Повышая ставки

Юлия Визгалина знает толк не только в ювелирных украшениях

СНОБ
Открыть в приложении