Россия располагает колоссальным потенциалом практически по всем возобновляемым источникам энергии (ВИЭ), в том числе по фотовольтаике. В России есть довольно много районов, где среднегодовой приход солнечной радиации составляет 4–5 кВт*ч на квадратный метр в день (этот показатель соизмерим с югом Германии и севером Испании – странах-лидерах по внедрению фотоэлектрических систем). Небходимо отметить, что высокий уровень инсоляции в России наблюдаются не только на Северном Кавказе, но еще и на Дальнем Востоке, а также юге Сибири.

В мире ежегодный прирост энергетики за последние пять лет составлял в среднем около 50%.Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно.

Альтернативное мнение на перспективы солнечной энергетики через 40 лет

Процент обеспечения потребностей человечества к 2050 году электроэнергией, полученной на СЭС - это вопрос стоимости 1 кВтч при установке солнечной электростанции "под ключ" и развитости мировой энергетической системы, а также сравнительной привлекательности других способов получения электроэнергии. Гипотетически это может быть от 1% до 80%. Одно из чисел в этом диапазоне точно будет соответствовать истине.

Когда углеводородное сырье станет действительно дорогим, его уже не будут массово использовать как топливо, поэтому нефти как сырья для химической промышленности хватит на срок, значительно превышающий 40 лет.

Энергоокупаемость солнечной электростанции значительно меньше 30 лет. Так, для США, при средней мощности солнечного излучения в 1700 кВт·ч на кв.м в год, энергоокупаемость поликристаллического кремниевого модуля с КПД 12% составляет менее 4 лет (данные на январь 2011).

В России перспективы развития солнечной энергетики остаются неопределенными, страна многократно отстаёт от уровня генерации европейских стран. Доля солнечной генерации составляет менее 0,001% в общем энергобалансе. К 2020 году запланирован ввод около 1,5-2 ГВт мощностей. Общая мощность солнечной генерации может увеличиться в тысячу раз, однако составит менее 1% в энергобалансе. Директор Ассоциации солнечной энергетики России Антон Усачев выделяет Республику Алтай, Белгородскую область и Краснодарский край как наиболее развитые регионы с точки зрения солнечной энергетики. В перспективе планируется помещать установки в изолированных от энергосетей районах.

Субханкулов В. Р.

Ответственный за связь с отделом элитного технического образования и приобретение необходимых для реализации проекта ресурсов. Участвовал в создании презентаций для выступления на конференции, а также осуществлял подготовку к защите проекта.

Мирзабеков А. А.

Ответственный за техническую сторону проекта, включающую в себя осуществление всех необходимых измерений и расчетов.

Трифонов А. Н.

Отвечал за подготовку материала для выступления на конференции и защите проекта, помощь в выполнении необходимых измерений и расчетов, поиск оптимизационных решений, а также наполнение сайта проекта необходимой информацией. 

S: Увеличить КПД солнечного элемента путём нанесение нанопокрытия из оксида никеля

M: Степень выполненности цели, будет измеряться в увеличении КПД солнечного элемента после покрытия нанослоя

A: Цель достижима при финансировании и предоставлении определённого измерительного оборудования

R: Значительно решает проблему эффективности экологически чистой энергии

T: Выполенение проекта ограниченно весенним семестром 2014 г

Риск:

Трифонов Алексей     E-mail: ant9@tpu.ru 

Арсен Мирзабеков     E-mail:aam68@tpu.ru 

Владимир Субханкулов     E-mail:vrs3@tpu.ru

Трифонов А.Н.

Субханкулов В. Р.

Мирзабеков А. А.

Измерения выходной мощности

Физическое оборудование для эксперимента: мультиметр, люксметр, галогенная лампа, солнечные элементы

 В качестве источника света использовалась, установленная лампа, которая стабильно излучала свет близкое к солнечному спектру. Чтобы исключить случайные факторы, для одного и того же образца измерения значения тока короткого замыкания и напряжения холостого хода проводилось по нескольку раз и за конечный результат бралось среднее значение. Значения тока и напряжения регистрировали мультиметром (с точностью ± 0,5%).

В таблице 1 приведены результаты значения тока короткого замыкания, напряжение холостого хода и КПД солнечных элементов, исходной и с нанесенным покрытием из наночастиц оксидов никеля.

Таблица 1 – Параметры солнечного элемента до и после нанесения наночастиц оксидов никеля с различной плотностью

В представленной работе для создания квантовых точек на поверхности солнечных элементов использованы наночастицы оксида никеля. Полученные данные показывают повышение тока и напряжения кремниевого солнечного элемента. Повышение выходного напряжения до 3%, тока короткого замыкания до 4%, повышение КПД солнечных элементов на 0,65%,

Солнечные элементы превращают свет в электричество в небольшом диапазоне длин волн, а остальная часть спектра солнечного света, либо проходит через элемент не оказывая воздействия, либо преобразуется в электроэнергию с малой эффективностью.

   Использование достижений нанотехнологий позволило значительно улучшить характеристики кремниевых солнечных элементов. Для сравнения были сняты рабочие световые вольтамперные характеристики солнечных элемент без покрытия и с покрытием наночастиц оксидов никеля. 

1-образец солнечный элемент с покрытием из наночастиц оксида никеля;

2-образец солнечный элемент без покрытия

Из графика видно, что нанооксидное покрытие существенно повышает фототок и ЭДС холостого хода. При мощности падающего излучения в 100 мВт/см², максимальная эффективность солнечного элемента при нанесении наночастиц оксидов никеля на его поверхность достигает 8,901%.

Отсутствие других факторов, которые могут вызвать увеличение выходной мощности солнечного элемента после нанесения на его поверхность наночастиц оксидов никеля означает, что первопричиной является нанесенные наночастицы.

Проведенные исследования показывают, что на поверхности солнечного элемента присутствуют наночастицы с кристаллической структурой. Полученные результаты показывают, что присутствие на поверхности солнечных элементов наночастиц оксида никеля различных размеров способствуют увеличению поглощения полного спектра солнечного света.

Таким образом проведенные исследования показали, что варьируя размерами нанооксидов металлов можно «настроить» их на поглощение света в определенном спектре, т.е создать точки настроенные на захват в диапазоне всего спектра солнечного света, что приводит к существенному повышению КПД солнечных элементов.

• Проект актуален для труднодоступных мест проведения линий электропередач
• Не загрязняет окружающую среду
• Отсутствие затрат на приобретение топлива