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

Основательный подход Основательный подход

Sirena 48 Hybrid — первая модель с гибридной моторной установкой верфи Sirena

Y Magazine
ИИ-система создает модели для сборки из кирпичиков Лего ИИ-система создает модели для сборки из кирпичиков Лего

Как создали AI-систему, которая может по промпту собирать физические объекты

ТехИнсайдер
Омнимодальность — главный тренд в сфере ИИ Омнимодальность — главный тренд в сфере ИИ

Как формируется новая культура потребления

Эксперт
Разработаны методы генного редактирование смертельно опасных заболеваний мозга Разработаны методы генного редактирование смертельно опасных заболеваний мозга

Ученые успешно применили технологии генного редактирования для коррекции мутаций

ТехИнсайдер
Геополитический хомут Геополитический хомут

В сегодняшнем учебнике привычного термина «монголо-татарское иго» не встретить

Дилетант
Цветовые ошибки: как один оттенок способен испортить весь интерьер Цветовые ошибки: как один оттенок способен испортить весь интерьер

Какие ошибки в выборе цвета стен способны испортить весь интерьер?

VOICE
Повышая ставки Повышая ставки

Юлия Визгалина знает толк не только в ювелирных украшениях

СНОБ
«В России работают более миллиона айтишников» «В России работают более миллиона айтишников»

Как нацпроекты формируют цифровую среду

Эксперт
Лето, прощай! Лето, прощай!

Что нужно успеть сделать на даче до конца августа

Лиза
Большие надежды Большие надежды

Как дух эпохи беби-бума отражается в предметах

Вокруг света
Низкомолекулярный оральный агонист ГПП-1 помог снизить массу тела Низкомолекулярный оральный агонист ГПП-1 помог снизить массу тела

ГПП-1 помог снизить массу тела при ожирении без сахарного диабета

N+1
Код руды: как оптимизировать измельчение руды с помощью искусственного интеллекта Код руды: как оптимизировать измельчение руды с помощью искусственного интеллекта

Какие цифровые инструменты используются при измельчении руд

ТехИнсайдер
Часы Часы

Самые запомнившиеся часы года: коллаборации, романтика и пасхалки

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Напиши мне, напиши: как сервисы e-mail будут бороться с мессенджерами Напиши мне, напиши: как сервисы e-mail будут бороться с мессенджерами

Как сервисы электронной почты будут удерживать пользователей?

Forbes
Успеть до морозов Успеть до морозов

Фильмы, настраивающие на легкий лад, даже когда говорят о серьезных вещах

Weekend
В полный голос В полный голос

Что же сообщает о нас голос и как жить в согласии с ним?

Psychologies
Меняться и менять Меняться и менять

Каким должен быть лидер в наше нестабильное время

Men Today
От «Голубого крейсера» до «Каспийского монстра»: 5 самых быстрых кораблей СССР От «Голубого крейсера» до «Каспийского монстра»: 5 самых быстрых кораблей СССР

Что стимулировало рост скоростей, какие рекорды ставили советские моряки на воде

ТехИнсайдер
Топ-6 мрачных аниме про темную магию Топ-6 мрачных аниме про темную магию

6 аниме, где волшебная сила не так однозначна и зачастую может стать проклятием

Maxim
Социология утопии, или Почему у Стругацких в их «Мире Полудня» нет котиков и попугайчиков Социология утопии, или Почему у Стругацких в их «Мире Полудня» нет котиков и попугайчиков

Почему на Прекрасной Земле Будущего полностью отсутствуют домашние питомцы

Знание – сила
Восстание из пепла: публичные личности, которым удалось реабилитировать свою карьеру Восстание из пепла: публичные личности, которым удалось реабилитировать свою карьеру

Каким публичным личностям удавалось вернуть себе былой успех после провала?

ТехИнсайдер
Учимся и программируем с ИИ: эпоха нейросетей и вайб-кодинга Учимся и программируем с ИИ: эпоха нейросетей и вайб-кодинга

Что такое вайб-кодинг и как нейросети меняют образование?

Наука и техника
Искусство детям Искусство детям

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

Grazia
Варя Семак Варя Семак

Зин по сверхновому искусству Петербурга от художницы Вари Семак

Собака.ru
Загранпаспорт за полную цену Загранпаспорт за полную цену

Это письмо было получено в 1926 году Екатериной Павловной Пешковой

Дилетант
К успеху шел К успеху шел

10 лиц художника Ильи Машкова

Weekend
Мариэтта Цигаль-Полищук: «Я не верю в семьи,  где нет любви» Мариэтта Цигаль-Полищук: «Я не верю в семьи,  где нет любви»

«Эту любовь не было нужды играть. Она возникла самостоятельно»

Караван историй
Лучшие современные сериалы до 10 серий Лучшие современные сериалы до 10 серий

Сериалы до 10 серий: идеальный вариант для выходных или вечера

Maxim
«Греческим языком не переломить проблемы школы» «Греческим языком не переломить проблемы школы»

О кадрах, о мотивации учеников и о нагрузках в системе образования

Монокль
Не всякая поганка — гриб Не всякая поганка — гриб

Почему красивых и изящных водоплавающих птиц назвали поганками?

Наука и жизнь
Открыть в приложении