В настоящее время повсюду используются уплощённые солнечные батареи, никто даже не задумывался, что они могут быть иными. По мнению Джеффри Гроссмана, физика-теоретика из Массачусетского технологического института, трёхмерные солнечные батареи более эффективны в использовании солнечного света для выработки электроэнергии, чем плоские. Эффективность работы трёхмерных батарей объясняется тем, что многочисленные плоскости с солнечными панелями внутри «солнечного куба» будут преобразовывать отражённые друг от друга солнечные лучи в электроэнергию, снижая световые потери.
Это значит, что теперь солнечные батареи можно разместить там, где раньше для них попросту не было места.
Две перспективных формы 3D-панелей
Эту идею Гроссману подсказала природа. Отдыхая под пышной кроной дерева, он задумался над тем, что листьям, располагающимся в гуще кроны, вполне достаточно отражённого солнечного света для получения энергии. Если природа для преобразования солнечной энергии в энергию химических связей использует объёмные структуры, тогда почему бы человеку не взять это на вооружение?
Ученые Технологического института Джорджии разработали трехмерные солнечные панели, которые через несколько дней отправятся в космос на ракете SpaceX. Солнечные панели будут протестированы на Международной космической станции, чтобы определить, насколько хорошо они работают и как реагируют на космические условия. Эти солнечные батареи были разработаны таким образом, чтобы улавливать солнечные лучи при любом угле падения, что помогло бы космическому кораблю получать больше мощности от ограниченной площади поверхности.
Экспериментальный модуль, отправляющийся в космос, включает в себя четыре различных типа солнечных батарей. Один из них «традиционная земная» солнечная батарея, а второй представляет собой планарную ячейку на основе разработки соединения недорогих материалов: медно-цинко-оловянно-сульфидная ячейка (CZTS).
Есть также два других типа трехмерных солнечных батарей: «одни на основе CZTS», а другие «на основе обычного теллурида кадмия». В общей сложности, в космосе будут испытаны 18 солнечных батарей в течение шести месяцев.
«Фотоэлектрические массивы CZTS были произведены с использованием легкодоступных элементов меди, цинка, олова и серы, чтобы заменить более редкие CIGS – индий, галлий и селен – которые используются в аналогичных тонкопленочных солнечных батареях», сказал Джуд Рэди (Jud Ready), главный инженер-исследователь в Технологическом институте Джорджии и профессор в школе материаловедения и инженерии Джорджии.
«Метод CZTS обеспечивает эффективное фото-поглощение с использованием материалов, которые доступны в избытке и стоят примерно в тысячи раз меньше, чем редкоземельные элементы, такие как индий, галлий и селен».
Слева: объёмная солнечная батарея с 64-мя гранями, справа: более упрощённая батарея.
Трехмерные солнечные панели могут навсегда изменить способ обеспечения электроэнергией космических аппаратов. Солнечные батареи Технологического института Джорджии выглядят как миниатюрные «башни, покрытые фото-поглотителем, что позволяет улавливать солнечный свет со всех сторон».
Ячейки будут поглощать свет с любого направления, устраняя необходимость в механических устройствах, которые поворачивают фотоэлектрические модули к солнцу. Традиционным плоским конструкциям солнечных панелей для эффективной работы требуются прямые солнечные лучи, когда инновационные солнечные элементы могут улавливать солнечный свет в течение более длительного периода времени.
«Мы хотим проверить эффективность улавливания солнечного света наших 3-D солнечных батарей и как они будут реагировать на суровые условия открытого космоса», сказал Джуд Рэди. «Мы также будем измерять производительность в зависимости от температуры, так как температура оказывает влияние на производительность солнечных батарей».
Трехмерная структура может оказаться особенно ценной на Международной космической станции, где ежедневно проходит до 15-16 восходов и закатов, так как она огибает орбиту каждые 92 минут.
Кроме того, как говорит Рэди, прямозонные материалы имеют хорошую стойкость к мощным ионизирующим излучениям, встречающимся в космосе.
После шести месяцев испытаний, солнечные батареи будут возвращены на Землю. «Если солнечные панели смогут выжить в космосе, в самых тяжелых условиях с точки зрения широких температурных перепадов, радиации, а также, учитывая множество других факторов, то мы можем быть уверены, что они будут хорошо работать на Земле».
По материалам: Georgia Tech
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
