LSK

Изобретен новый тип концентраторов солнечной энергии

Ученые России и Франции совместными усилиями разработали новый способ создания люминесцентных концентраторов солнечной энергии. Уже получены образцы устройств, которые по эффективности преобразования световой энергии в электрическую сравнимы с лучшими мировыми моделями.

Это достижение науки особенно важно в свете растущей важности возобновляемых источников энергии, которые позволяют рациональнее использовать природные ресурсы, не разрушая при этом естественную среду обитания. Самый популярный из возобновляемых источников энергии – это энергия Солнца. Так или иначе, именно от Солнца планета Земля получает 99% своей энергии, но, прежде чем стать доступной для человека, эта энергия проходит целый ряд химических и физических преобразований. Устройства, позволяющие легко и эффективно преобразовывать солнечный свет в электрический ток, решили бы многие проблемы человечества. Разработка нового типа люминесцентных концентраторов стала одним из шагов, ведущих к появлению таких устройств. Пока что доля солнечной энергии в мировой энергетике весьма скромна: из сотни киловатт часов электроэнергии лишь два были получены с помощью солнечных батарей.

стабилизаторы progress

Два самых серьёзных препятствия к увеличению этой доли – дороговизна солнечных батарей и их относительно низкий КПД. За полвека, прошедшие с момента изобретения первых фотоэлементов, при массовом производстве удалость повысить их КПД с пяти процентов до десяти-пятнадцати. А самые лучшие лабораторные образцы показывают КПД, достигающий сорока процентов, и есть способы для его дальнейшего увеличения.

Один из путей для достижения высокого КПД – разработка устройств, действующих по принципу концентрации энергии света вместе с использованием эффекта люминесценции. Применение люминесценции позволяет раздвинуть диапазон частот, в котором световые волны эффективно улавливаются фотоэлементами. Поэтому люминесцентные солнечные концентраторы (ЛСК) при прочих равных будут работать эффективнее, чем обычные солнечные концентраторы, использующие лишь малую долю солнечного спектра.

Именно на вопросах получения люминесцентных концентраторов и сосредоточилась группа российских учёных, входящая в крупный международный коллектив. В составе этого коллектива – четыре организации: Институт физики имени Степанова, Институт металлоорганической химии имени Разуваева, французский Институт  имени Шарля Жерара  и ООО «Репер-НН».

Исследователям удалось изготовить работоспособную модель ЛСК, действуя следующим образом: предварительно подготовив полимерную композицию, они растворяли в ней специально подобранные люминофоры. Эти люминофоры далее облучались светом, под воздействием которого они отверждались, образуя полимерные пленки толщиной 250 мкм. Полученную плёнку наклеивали на стеклянную пластину сантиметровой толщины, к торцам которой прикреплялись фотоэлементы.

Измерив КПД полученных образцов ЛСК, ученые выяснили, что они обладают более высоким коэффициентом концентрации энергии и преобразуют солнечный свет в электричество более эффективно, по сравнению с уже известными устройствами аналогичного принципа работы. Одной из причин своего успеха ученые считают то, что подобранные ими люминофорные комплексы, синтезированные впервые, обладают практически нулевым самопоглощением. Эта особенность позволяет почти без потерь передавать испускаемый ими свет по оптическим волноводам.

Ноу-хау авторов оригинального устройства заключается в новом способе получения органических комплексов редкоземельных металлов, которые являются основным светоизлучающим элементом. Учёные применили нестандартный метод, названный ими темплатным синтезом. При темплатном синтезе сложная молекулярная структура сама собой образуется вокруг атома металла, собираясь из более простых блоков.

Ученые рассчитывают ещё больше повысить КПД изготавливаемых ими ЛСК, сделав их многоуровневыми. Бутерброд из двух слоёв, каждый со своим спектром поглощения («тандем»), позволит значительно увеличить эффективность преобразования солнечного света в электричество. В перспективе возможно создание подобного бутерброда из трех слоёв или даже из большего их количества.

Изобретатели уверены в том, что с помощью разработанного ими способа можно конструировать стационарные солнечные концентраторы, которые будут на равных конкурировать с наиболее эффективными из существующих на данный момент моделями. В дальнейших планах научного коллектива сотрудников – оптимизация получаемых ЛСК по набору и составу применяемых люминофоров, а также исследование влияние геометрии разработанного ими устройства на его КПД.

КОММЕНТАРИИ