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

Линия судьбы Линия судьбы

Три яхты Kismet американского миллиардера Шахида Хана

Y Magazine
Импортозамещение в ТЭК: сам себе машиностроитель Импортозамещение в ТЭК: сам себе машиностроитель

Дорастет ли доля отечественного оборудования в нефтегазовой отрасли до 80%?

Монокль
SLM схватывают на лету SLM схватывают на лету

Как устроены малые языковые модели и в чем их преимущества перед большими?

РБК
Колледж учит жизни Колледж учит жизни

Куда идут работать после выпуска из учебного заведения выпускники колледжей

Ведомости
Жизнь без гаджетов Жизнь без гаджетов

Как прекратить сидеть в телефоне: 9 шагов к цифровой свободе

Лиза
«Инк» и «Космос-4» нашли главные страхи бизнесменов при развитии личного бренда «Инк» и «Космос-4» нашли главные страхи бизнесменов при развитии личного бренда

Как внутренние страхи и нехватка времени мешают развивать личный бренд

Inc.
Выживет ли грузинский прагматизм Выживет ли грузинский прагматизм

Как Тбилиси не остаться на обочине и сохранить взвешенную внешнюю политику

Монокль
Недообход Хабаровска Недообход Хабаровска

Почему трасса обхода Хабаровска не привела и улучшению автодорожной ситуации

Монокль
Красота Красота

Новейшие технологии, научные открытия, драгоценные ингредиенты бьюти-индустрии

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Флагман дальнего плавания Флагман дальнего плавания

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

Y Magazine
Что у Intel инсайд? Что у Intel инсайд?

В надежде спасти Intel Трамп покупает пакет компании. Кажется, это жест отчаяния

Монокль
Сцена Сцена

Важнейшие события российской театральной сцены 2025

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Гастрономия Гастрономия

Лучшие рестораны — новые и возрождённые

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Искусство Искусство

Главные тренды и события мирового арт-рынка за 2025 год

RR Люкс.Личности.Бизнес.
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
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
Виниры и люминиры: чем отличаются и что выбрать Виниры и люминиры: чем отличаются и что выбрать

Чем виниры и люминиры отличаются между собой и что из них надежнее

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
Причудливая лилия кардиокринум Причудливая лилия кардиокринум

Что помогает садоводам-любителям выращивать редкий кардиокринум?

Наука и жизнь
Дрейф континентов 2.0: как будет выглядеть Земля через миллионы лет — рассказывает геолог Дрейф континентов 2.0: как будет выглядеть Земля через миллионы лет — рассказывает геолог

Покопаемся в геологическом прошлом и будущем нашей Земли

ТехИнсайдер
«Прорыв» в будущее «Прорыв» в будущее

Ядерное топливо можно и нужно использовать многократно

Наука
Почему в некоторых озерах вода розового цвета? Почему в некоторых озерах вода розового цвета?

Почему по всему миру можно найти розовые озера?

ТехИнсайдер
Исследование выявило белок, замедляющий старение с помощью регуляции РНК Исследование выявило белок, замедляющий старение с помощью регуляции РНК

Белок PELOTA играет центральную роль в замедлении старения и продлении жизни

ТехИнсайдер
Боди-хоррор как реальность Боди-хоррор как реальность

Каким получился фильм о созависимых отношениях «Одно целое»

Weekend
В своем праве В своем праве

Как вернуть деньги за некачественный товар или услугу

Лиза
Обратная сторона Обратная сторона

Каковы скрытые риски косметических процедур?

Лиза
Сергей Новиков: «Опера должна быть разной» Сергей Новиков: «Опера должна быть разной»

Сергей Новиков о том, как должна развиваться современная опера

СНОБ
Будет ли у России атомный авианосец? Будет ли у России атомный авианосец?

Каким будет облик российского авианосца будущего?

Наука и техника
Органический радикал нарушил правило Каши Органический радикал нарушил правило Каши

Анион-радикал замещенного арена может нарушать правило Каши

N+1
Феноменальная память и «кошачьи» повадки: удивительные факты о выдрах Феноменальная память и «кошачьи» повадки: удивительные факты о выдрах

Выдры – очаровательные озорники водного мира

ТехИнсайдер
Открыть в приложении