Левова частка електрики в приватних будинках йде на опалення і гарячу воду, а добувається вона не екологічним способом. Але, схоже, цьому настав кінець.

Як працює теплова батарея?

Замість того, щоб спалювати газ або покладатися на дорогу електроенергію в години пік, інженери пропонують зберігати тепло в ізольованих резервуарах з водою, що функціонують, як батарея всередині будинку. Такі пристрої називають тепловими батареями. Вони зберігають тепло у воді, а не в літії. Вночі, коли електрика дешевша, батарея “заряджається”. Наступного дня користувач використовує накопичене тепло для обігріву будинку, миття посуду, прийняття душу тощо. Вбудований контролер зчитує прогноз погоди, вивчає звички власника і визначає найкращий час для ввімкнення теплового насоса. Батарея постачає гарячу воду вранці, забезпечує стабільне опалення вночі та кондиціонування влітку.

Які переваги теплових батарей?

Теплову батарею виділяють:

• Економічність — досягається, коли тариф дорівнює нулю, а не “стелі”.
• Комфорт — підтримує високу температуру без зусиль.
• Екологічність — скорочує викиди до 90% порівняно з газовими системами.

Сім’ї в США і Канаді вже скорочують свої щомісячні рахунки на 20-30%, а викиди СО2 знижуються до 90%. Видання наводить порівняння: газовий котел простий в установці, коштує він доволі дорого і забруднює довкілля з плином років. Традиційний тепловий насос більш ефективний, але дуже залежить від електроенергії на момент використання. А ось тепловий акумулятор, який поєднує тепловий насос, інтелектуальні функції та накопичувачі, обходиться дешевше в довгостроковій перспективі. Він екологічно чистіший і стабільніший.

Встановивши теплову батарею, користувач отримає систему, яка окупається приблизно за 5 років. Це гідна заміна газовому котлу.

Раніше писали, що сонячним панелям знайшли заміну і створили сонячний “папір”. Надихаючись японським мистецтвом орігамі, інженери міланського стартапу Levante, що працює у сфері екологічних технологій, вирішили поглянути на сонячні технології з більш цікавого боку.

Цей матеріал має виключно загальноосвітній характер і не є медичною консультацією. Інформація призначена для ознайомлення з можливими симптомами, причинами та методами виявлення захворювань, але не повинна використовуватись для самодіагностики або самолікування. У разі проблем зі здоров’ям людині треба бов’язково зверніться до кваліфікованого лікаря.

Вчені знайшли спосіб усунути великий недолік перовскітних сонячних елементів наступного покоління, щоб створити поліпшені панелі. Коли тільки частина сонячної панелі перебуває в тіні, елементи можуть вийти з ладу, що значно скорочує термін роботи і загрожує чималими збитками для власників. Група дослідників з Університету Колорадо в Боулдері та Національної лабораторії відновлюваної енергії (NREL) представила своє рішення проблеми в статті, опублікованій у журналі Joule.

Яка проблема виникає при затіненні панелей?

Коли затінена тільки одна частина панелі, незатінені осередки продовжують генерувати електрику і передають струм через непрацюючий елемент, “пробиваючи” його, як перекриту греблю. Це називається зворотним зміщенням і може призвести до незворотного зносу обладнання. Для звичайних кремнієвих сонячних елементів проблема зворотного зсуву відома, і інженери розробили рішення: шунтуючий діод, який створює обхідний шлях для електрики. Однак у перовскітних зворотна напруга “пробою” дуже низька — від -1 до -2 В, тому такий метод не підходить.

Які рішення пропонують вчені?

Як пояснили вчені, деградація осередків під час “пробою” відбувається через дефекти, які вже існують — дуже маленькі отвори в шарах перовскіту. Одночасно з цим, більш товсті шари перенесення заряду запобігають раптовому пробою, усуваючи області, де електроди знаходяться на відстані декількох нанометрів один від одного. Це важливе спостереження, оскільки воно вказує на можливість поліпшення стабільності зворотного зсуву шляхом підвищення “чистоти” та однорідності виготовлення.

Перовскітний шар формується шляхом обробки матеріалу в спеціальному розчині. Як пише TechXplore, процес дуже нагадує приготування млинців. Коли тісто виливають на гарячу пательню, відбувається кілька процесів: вода випаровується, тверді частинки застигають. Густота визначається кількістю сировини, і якщо її недостатньо багато, у млинці часто утворюються дірки.

Щоб краще зрозуміти поведінку “ідеального” пристрою та ефективно сканувати велику кількість зразків (близько 100), команда створила велику кількість дуже маленьких пристроїв, створивши тонкі плівки площею всього 0,032 мм. Для порівняння, кожен пристрій мав товщину приблизно у дві людські волосини. Невеликий розмір цих пристроїв дозволив створити пристрої без дефектів, оскільки у великих масштабах складно створювати бездефектні плівки.

Науковці підтвердили, що саме в мікроотворах і тонких ділянках шарів перовскіту зароджуються пробої. У цих місцях матеріал швидко нагрівається і плавиться, фактично скорочуючи відстань між двома контактними шарами. Навпаки, пристрої без дефектів продемонстрували чудову стабільність, витримуючи години зворотного зсуву без істотної деградації.

Висновок простий: щоб перовскітні сонячні панелі працювали стабільно, потрібно насамперед навчитися створювати плівки без дефектів. Крім того, потрібно використовувати більш міцні контактні шари для запобігання подібних різких і незворотних термічних пошкоджень. Раніше інша група вчених виявила, що перовскітні сонячні панелі псуються через світло і тепло. Якщо виправити цю вразливість, то в майбутньому елементи зможуть працювати набагато довше.

Чому сонячна енергія дорожчає?

Всупереч повідомленням про постійне здешевлення сонячної енергії, галузь зіткнулася з внутрішньою кризою, яка загрожує її майбутньому. Низка монополістів, які контролюють постачання важливої сировини, штучно завищують ціни, сповільнюючи інновації та знижуючи прибутковість панелей. Цей прихований конфлікт створює серйозну перешкоду для зростання індустрії та ланцюга поставок. Поки сторони не врегулюють свої економічні інтереси, буде складно повною мірою реалізувати потенціал сонячної енергетики.

Які наслідки для виробництва сонячних батарей?

Понад десять років світ спостерігав за стрімким падінням вартості сонячної енергії на понад 80%, що зробило її дешевшою за викопне паливо. Однак цей красивий графік приховує невтішну реальність. Останніми роками, поки теоретична вартість енергії залишалася низькою, фактична ціна готових сонячних модулів для споживачів почала зростати. Причина криється в дисбалансі прибутку всередині виробничого ланцюга.

Виробництво сонячних батарей — це багатоступеневий процес: від очищення промислового кремнію до полікремнію, потім до кремнієвих пластин, осередків і, нарешті, готових модулів. Довгий час прибуток розподілявся по цьому ланцюжку відносно рівномірно. Однак різке зростання глобального попиту, що підігрівається кліматичними програмами, змінило всю систему. Виробники полікремнію, чий бізнес потребує величезних капіталовкладень, опинилися в унікальному становищі монополістів.

І вони цим скористалися. Якщо у 2016-2020 роках на сегмент полікремнію припадало в середньому 14% від загального валового прибутку галузі, то до 2022 року ця цифра злетіла до цілих 34%. Водночас частка прибутку виробників готових модулів, які й працюють із кінцевим споживачем, впала з 26% до всього 15%. Такий перерозподіл доходів “душить” всю галузь.

Як це впливає на інновації?

Згаданий дисбаланс заважає технологіям розвиватися. Виробники панелей, опинившись між молотом (зростаючими цінами на сировину) і ковадлом (конкурентним ринком), змушені спрямовувати ресурси не на дослідження і розробку, а на виживання. Менеджер одного заводу зі складання модулів анонімно повідомив, що вся його робота зводиться не до стимулювання інновацій, а до запеклих перемовин щодо контракту на постачання полікремнію.

“Ми модернізуємо виробництво, щоб заощадити десяту частку грама срібної пасти, а вони піднімають ціну на долар за кілограм. Це свідомо програшне становище”, — сказав він. Таким чином, ринок сировини уповільнює технологічний прогрес.

Раніше повідомлялося, що сонячні панелі запустили в космос із “секретним” завданням. Компанія Boeing зробила прорив в аерокосмічній галузі, представивши сонячні панелі, повністю надруковані на 3D-принтері. Ця інновація здатна скоротити цикл виробництва супутників удвічі і спростити космічні дослідження.

Цей матеріал має виключно загальноосвітній характер і не є медичною консультацією. Інформація призначена для ознайомлення з можливими симптомами, причинами та методами виявлення захворювань, але не повинна використовуватись для самодіагностики або самолікування. У разі проблем зі здоров’ям людині треба обов’язково звернутися до кваліфікованого лікаря.