kategorier: Udvalgte artikler » Interessante elektriske nyheder
Antal visninger: 24277
Kommentarer til artiklen: 1
Perovskite solpaneler
Et stof kendt af forskere i mere end hundrede år, først i dag, i begyndelsen af det XXI århundrede, viste det sig at være meget lovende materiale til produktion af billige og effektive solceller. Perovskite eller calciumtitanat, der først blev fundet i form af et mineral af den tyske geolog Gustav Rosa i Uralbjergene i 1839, og opkaldt efter grev Lev Alekseevich Perovsky, en herlig statsmand og samler af mineraler, helten fra 2. verdenskrig i 1812, viste sig at være den mest velegnede kandidat til alternativet til siliciums rolle i produktionen af solceller.
Som stof blev calciumtitanat indtil for nylig kun brugt vidt som dielektrikum til keramiske kondensatorer i flere lag. Og nu prøver de at anvende det til at bygge meget effektive solcellepaneler, da det viste sig, at dette materiale perfekt absorberer lys.
Almindelig, lang traditionel solcellepaneler ved en tykkelse på 180 mikron absorberer de så meget lys, som perovskit vil absorbere i en tykkelse på kun 1 mikron. Perovskite er ligesom silicium en halvleder, og den overfører elektrisk ladning på omtrent samme måde under påvirkning af lys, men spektret af lys, der konverteres til elektricitet til perovskite, er bredere end for silicium.
Strukturen af det krystallinske stof af calciumtitanat er identisk med strukturen i perovskitmineralet, derfor er deres navn det samme. Og det er dette stof, der i dag er et af de førende steder i rangeringen af optimeringsstier til solenergi.
Sagen er, at siliciumbaserede solcellepaneler i gennemsnit koster 75 cent pr. 1 kW i dag, og perovskitbaserede solcellepaneler vil reducere deres omkostninger til 10-15 cent per 1 kW, det vil sige perovskit solteknologi i 5-7 gange billigere end silicium både ved produktion af batterier og i deres drift, og mængden af produceret elektricitet er den samme.
Og det til trods for, at analytikere i energibranchen hævder, at solenergi allerede er til en pris af 50 cent pr. 1 kW, bliver konkurrencedygtig med fossile brændstoffer. Det vil sige, at overgangen til perovskite på verdensplan skal reducere omkostningerne ved elproduktion til tider, mens produktionsprocessen for selve panelerne vil være meget enkel.
Undersøgelser for at evaluere og forbedre effektiviteten af perovskitbaserede solceller udføres i mange lande: i Australien, Martin Green, i Schweiz, Michael Gretzel, i USA, Henry Saint, Felix Deshler, Leaming Day og Korea, Sok Sang Il. Forskere erklærer enstemmigt de lave omkostninger og den høje effektivitet ved lovende teknologi.
Michael Gretzel argumenterer for, at effektiviteten opnået af ham i 15% let kan øges til 25%, og billige solceller fra de aktuelt tilgængelige når ikke 15%. For første gang, i 2009, da de bare talte om mulighederne for at bruge perovskit til solenergi, blev der opnået en effektivitet på 3,5%, og cellerne var kortvarige, da den flydende elektrolyt opløste perovskit, og så snart forskere havde tid til at måle, stoppede batteriet med at virke.
Efter tre år blev den flydende elektrolyt imidlertid erstattet af en fast en, og cellerne blev mere stabile, og effektiviteten blev først fordoblet og derefter fordoblet igen. Flere elektrisk ledende substratlag, hvoraf det ene blev belagt med et pigment, løste problemet og åbnede udsigterne. Trin for at forbedre effektiviteten stopper ikke indtil i dag, forskere bruger blandt andet standardoptimeringsmetoder, der tjente til at forbedre siliciumforstadier.
Michael Gretzel er sikker på, at 25% effektivitet vil føre til en revolution inden for solenergi.En professor fra Australien, Martin Green, en af pionererne inden for forskning, hævder, at siliciumfrie batterier er så enkle at fremstille og effektive at betjene, at der helt sikkert er tillid til, at fremtiden for solcellepaneler på Perovskite er lys, fordi foreløbige skøn allerede forudsiger en enorm prisreduktion - ved 7 tid.
En gruppe forskere fra Korea, ledet af Sok Sang Il, udviklede deres egen formel ved at blande blyammoniumbromid med blyformamidiniodid, forskere opnåede en sådan perovskitstruktur, at de satte en rekordeffektivitet på 17,9%. Brug af blandingen giver mulighed for udskrivning af solceller, og deres omkostninger vil blive reduceret yderligere. Problemet er fortsat - materialet opløses i vand, derudover oversteg størrelsen på cellerne i testene ikke 10 kvadrat mm, så forskningen fortsætter.
Processen med fremstilling af perovskit solceller synes forskere ganske enkel. Væsken sprøjtes simpelthen på overfladen eller påføres i form af damp, hvilket er meget simpelt at realisere teknologisk. Flere lag af materialer påføres metalfolie eller glas, hvoraf det ene er perovskit.
Andre materialer er nødvendige her for at lette bevægelsen af elektroner inden i elementet. Fremstillingsprocessen er tæt på det ideelle. Oxford University-fysiker Henry Saint, der arbejder med udviklingen af perovskiteceller i USA, er overbevist om, at lagene af solcellepanelet vil være lige så let at anvende som med ethvert overflademaleri.
På trods af de nye udsigter var forskere delt i to lejre. Den tidligere går ind for forbedring af siliciumbatterier, der allerede er blevet traditionelle, mens de andre går ind for oprettelse af helt nye, mere effektive. Så Martin Green mener, at perovskite kan bruges som et supplement til siliciumbatterier ved at kombinere silicium med perovskite og dermed reducere omkostningerne ved en watt elektricitet produceret uden væsentlige tab for siliciumindustrien. Michael Gretzel er tværtimod overbevist om, at nye udviklinger er vigtige, og omkostningerne ved at øge effektiviteten af nye fotoceller vil betale sig mange gange.
Mange virksomheder arbejder allerede med den kommercielle implementering af produktet, fordi trods det faktum, at mulighederne for perovskite lige er begyndt at blive anerkendt, har førende eksperter inden for solenergi allerede henvendt sig til fremtiden. Australske og tyrkiske virksomheder nærmet sig aktivt kommercialiseringen af perovskit solcellepaneler, og ifølge prognoserne vil de i 2018 blive præsenteret på verdensmarkedet.
På trods af optimismen hos nogle virksomheder viser erfaringen, at det normalt tager omkring ti år for en ny teknologi at gå fra laboratoriet til markedet, og i løbet af denne tid kan siliciumbatterier godt overtage perovskite. Gretzel sælger forresten en licens til ny teknologi til virksomheder, der agter at følge den traditionelle måde at silicium på.
Konkurrencen på markedet for solenergi er også stor, og hver nye spiller står overfor den. Omkostningerne ved siliciumpaneler reduceres, og ifølge nogle analytikere kan det falde til 25 cent per 1 kW, hvilket fuldstændigt fratager fordelene ved perovskite-teknologi.
Tilstedeværelsen af en lille mængde bly i pigmentet, som er giftigt, forbliver et problem. Eksperimentelle undersøgelser dukker op, der afslører, hvor giftig perovskit er. Det er værd at være opmærksom på bortskaffelse af brugte batterier, som det er tilfældet med startbilbatterier. Men i princippet kan tin eller noget lignende bruges i stedet for bly.
I mellemtiden begyndte forskere fra Ohio, ledet af Leaming Dai, at elektrificere elbiler ved hjælp af perovskit solcellepaneler. De udviklede den mest fordelagtige kombination af solcellepaneler med elbilbatterier end nogensinde før.
Ved at forbinde fire perovskite-batterier til et lithiumbatteri opnåede forskere en effektivitet på 7,8% i den hittil mest effektive konfiguration, som overgik tidligere løsninger til kombination af solceller med superkapacitorer og batterier.
Flerlagspaneler har øget densiteten og stabiliteten af energi modtaget fra solen. Forsøg har vist, at tre lag perovskit omdannes, om ønsket, til en film. Med et enkeltcelleområde på højst 10 kvadrat mm opnåede forskerne en effektivitet på 12,65% af en møntstørrelse konverter, men under hensyntagen til konvertering og opbevaring af energi var effektiviteten 7,8% i en cyklisk tilstand.
Sådanne systemer vil ifølge udviklerne i fremtiden ikke kun kunne oplade elbiler, men vil også blive installeret i form af en fleksibel film på karosserier. Teknologien virker ideel til elektriske køretøjer.
Bemærkelsesværdig er perovskites evne til genemission. En videnskabsmand ved University of Cambridge, Felix Deschler, opdagede, at perovskite har en unik egenskab. Når lys kommer ind i materialet, konverteres fotonenergien ikke kun til elektricitet, en del af ladningen konverteres tilbage til fotoner.
Hvis panelet kan genbruge disse fotoner, bliver den indsamlede energi endnu større. Deshlers gruppe udførte et eksperiment, hvor laserstrålen blev koncentreret på en 0,5 mikron tyk perovskitesektion, og lys blev udsendt andetsteds i prøven. Silicium har for eksempel ikke evnen til at overføre energi i sig selv og igen udsende den.
Således er udsigterne for perovskite enorme, og hvem ved, det kan være lige omkring det tidspunkt, hvor hvert hus og hver bil er udstyret med perovskitebatterier, da det bliver økonomisk ulønnsomt og ikke tilrådeligt at forurene miljøet med forbrændingsprodukter med fossilt brændstof.
Se også på elektrohomepro.com
: