Технологии "зеленой энергетики" на сегодняшний день далеки от совершенства: такой способ выработки электричества обладает не самым высоким КПД, а при утилизации солнечные батареи оказывают негативное влияние на окружающую среду. Поэтому ученые ищут новые способы получения энергии из возобновляемых источников. В СКФУ решили аккумулировать те изобретения, которые уже есть в этой сфере, и добавили немного своих разработок. В итоге получился инновационный продукт.
- В производстве классических батарей, которые сейчас применяются повсеместно на основе кремния, используется большое количество тяжелых металлов, мышьяк, различные кислоты, которые плохо влияют на экологию, - рассказывает инициатор проекта студент физико-технического факультета СКФУ Павел Леонтьев. - Стоимость утилизации таких солнечных батарей высокая. Зачастую она нивелирует выгоду, которую можно получить от вырабатываемой энергии за весь срок эксплуатации. Поэтому батареи просто закапывают на специальных полигонах, которые должны быть организованы так, чтобы не случалось никаких утечек вредных веществ. На практике далеко не всегда этого удается добиться. Мы в своем проекте применили оксидные структуры, в частности, титана и кремния вместо традиционных поликристаллических, монокристаллических или аморфных составляющих кремниевых панелей. Это позволяет избежать использования тяжелых металлов. Кроме того, добавление биметаллических наночастиц серебра и золота увеличивает спектр поглощения солнечной энергии и повышает КПД солнечных элементов.
И специалистам СКФУ удалось добиться повышения выработки электроэнергии в новой солнечной батарее. В обычных солнечных панелях КПД в среднем составляет 18 процентов. А в модели с ячейками Гретцеля, доработанной учеными Ставрополья, КПД может достигать 30-35 процентов.
Немаловажно и то, что спектр применения таких солнечных батарей значительно шире, чем их предшественников. Например, их можно сделать гибкими и прозрачными.
- Элементы удобно встраивать в структуру одежды или рюкзака, делать вставки, которые способны вырабатывать энергию и заряжать пауэрбанки. Можно даже производить нательные солнечные батареи, которые, например, заряжают протезы, - делится соображениями Павел Леонтьев. - Гибкие крыши, декоративные устройства, крылья беспилотников - все можно превратить в солнечные мини-электростанции.
На вопрос о том, когда стоит ждать его разработку на широком рынке, Леонтьев пока затрудняется ответить: для коммерциализации процесса необходимо разработать не только образец, но и стабильную систему сборки, а также пройти все этапы сертификации. На это требуется время и деньги. Но студент заинтересован развивать свою идею и дальше, не рассматривая научную работу только как временный студенческий проект. И перспективы тут действительно есть.
Стоит отметить, что в Ставропольском крае очень активно внедряются возобновляемые источники энергии (ВИЭ). По установленным мощностям ВИЭ-генерации, которая достигла 853 мегаватта, регион вышел в лидеры среди всех территорий России. Здесь активно строятся ветряные и солнечные электростанции.
Первая солнечная - Старомарьевская - заработала в 2019 году в Грачевском районе края. Через год она вышла на полную мощность - 100 мегаватт, что сделало ее крупнейшей в стране.
Сейчас еще одну СЭС собирается строить в Невинномысске компания "Лукойл", но подробности этого проекта пока не раскрываются. Известно также, что энергетический гигант планирует возводить на Ставрополье ветропарк.
Последняя ветряная электростанция - Кузьминская - была открыта в крае во втором квартале этого года. Ее установленная мощность - 160 мегаватт, станция состоит из 64 ветряков.
- Планируем нарастить мощности ВИЭ-генерации еще на 300 мегаватт, - заявил губернатор Ставропольского края Владимир Владимиров. - Каждый новый объект помогает развивать альтернативную энергетику в России и технологии будущего. Эти проекты важны для экологии края и для людей, которые получают работу благодаря новым инициативам.
Ячейки Гретцеля - фотоэлектрохимические солнечные батареи, в которых используются фоточувствительные мезопористые оксидные полупроводники с широкой запрещенной зоной, были впервые изобретены в 1991 году швейцарцем Михаэлем Гретцелем, по имени которого и получили свое название. Солнечные батареи такого типа имеют большие перспективы применения, поскольку изготавливаются из дешевых материалов и не требуют сложной аппаратуры при производстве.