Цветы в старых вещах: необычные идеи для клумбы

Красивая клумба из старого хлама: 20 потрясающих идей для дачи

Мы привыкли к тому, что дача — это место, куда можно отвезти те ненужные вещи из квартиры, которые жалко выбрасывать на мусорку. Из-за этого частенько на даче собирается такая куча хлама, которую практически невозможно разгрести. Но если добавить немного фантазии и воображения, то всё это старье можно превратить в шикарный сад , которым будут восхищаться все вокруг!

Ниже собрано 20 интересных идей, которые стоит воплотить в жизнь, если у тебя есть дачный участок .

Клумбы на даче

1. Если поставить в саду большие каменные вазы и посадить в них цветы, твой участок сразу превратится в королевский парк.

1. Завалялся старый почтовый ящик? Он тебе вряд ли пригодится, так посади в него цветы и повесь на забор или калитку.

1. Старая кровать может преобразиться в настоящий цветущий сад. Поставь рядом комод, повесь старое зеркало, и твой сад превратится в волшебную сказку!

1. Цветы, которые зимуют в квартире, можно посадить в ящики, и тогда не надо будет высаживать их в открытый грунт.

1. Также можно использовать ящики с растениями для вертикального озеленения. Так можно посадить суккуленты или любые ампельные (свисающие) растения.

1. А из маленьких ящиков можно создать целую композицию.

Старый стул может превратиться в необычную клумбу, стоит только снять с него обивку и вытянуть все пружины и лишнюю ткань.

1. Старая клетка для птиц станет отличной клумбой для висячих растений. Ее можно будет подвесить к потолку беседки или к ветке дерева.

1. В стеклянную бутылку тоже можно посадить цветы. Такая мини-клумба точно удивит твоих друзей!

1. Сделай из мешковины небольшую сумочку и выращивай в ней не только цветы, но и душистые травы, которые удобно добавлять с грядки прямо в чай или блюда.

1. У тебя в саду лежит недавно срезанное бревно? Приспособь его под клумбу! Вырежи по всей длине небольшое углубление и посади туда любимые цветы.

1. Старые ботинки можно превратить в замечательную клумбу, стоит только посадить в них цветы и подвесить куда-нибудь за шнурки. Чем ботинки старее — тем лучше, ведь в дырявых «клумбах» не будет застаиваться вода!

1. Пень от срезанного дерева превратится в отличную клумбу, если прикрепить к нему горшки с растениями. Но помни, что цветы должны иметь ниспадающие побеги, чтобы прикрывать горшки.

1. Даже старые и никому не нужные трубы станут прекрасным местом для выращивания растений.

1. Оригинальная идея, для осуществления которой нужен только старенький бидон.

1. Не выбрасывай старую ванну на мусорку, вези ее на дачу и посади в нее побольше цветов!

1. Поломанной тележке всегда можно найти место на даче.

1. Поставь на старый велосипед ящик и посади в него цветы. А если ты еще и покрасишь его в яркий цвет, то такая клумба будет привлекать внимание всех соседей!

1. Красивая композиция, которую можно создать из старых инструментов и цветов.

1. Переделать в клумбу можно даже старую лодку. Немного свежей краски — и яркие цветы помогут ей прекрасно смотреться на твоем участке.

Тебе знакома ситуация с хламом на даче? Тогда не теряй времени зря! В следующие выходные выбирайся на свой участок и займись садом.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Необычные цветники своими руками: 100 идей из подручных материалов

Как хочется, чтобы каждый уголок на даче радовал наш взгляд. И если стационарные клумбы требуют предварительной подготовки и тщательного планирования, то мы можем сделать небольшие цветники своими руками из подручных материалов, которые могут быстро внести дополнительный яркий элемент в любой уголок нашего сада.

Ярко-красная сальвия — любимый выбор для клумбы в виде костра.

Хотели всегда попробовать сделать цветник из цельного бревна?

Если у вас нет подходящего бревна такой цветник можно сделать самому из остатков горбыля.

Надоели пластиковые бутылки на даче? Есть шанс сделать из них вертикальный цветник для беседки или террасы.

Легко можно сделать цветник из строительных блоков. В зависимости от того, как окрашены блоки, вы сможете создать совершенно различное настроение: от строго черного — до забавной цветной мозаики.

Нет старых емкостей, досок, бутылок и других ненужных вещей? Не поверите, но обычная плотная тряпка и раствор цемента могут стать основой для необычного цветника.

Вариант для тех, у кого все же есть старые ненужные емкости на даче. Ваша дача — ваши правила, возможно, такой цветник не станет постоянным гостем в вашем саду, но настроение на сезон он поднимет.

Вариант цветника для любителей поделок из покрышек.

Действительно, цветники своими руками можно сделать из любых подручных материалов. Например, этот цветник сделан из старого бака от мотоцикла.

Любой старый ящик в умелых руках имеет шанс превратится в необычный цветник.

Если вы поклонник ландшафтного дизайна с применением контейнеров для цветов, то знаете об их высокой стоимости. Такие цветочные контейнеры можно сделать из цемента самому, украсив их по своему вкусу.

Всегда жаль расставаться с ненужными вещами, к которым мы уже привыкли. Мы можем с ними красиво проститься, сделав из них необычный цветник своими руками, и затем спокойно выбросить.

Даже, если эти вещи небольшой емкости, они смогут еще послужить нам в качестве милого цветника.

Возле самого дома у нас обычно отмостка около фундамента и тень — это не самое лучше место для большой клумбы. Но небольшой пенек от старого дерева и один куст ампельной петунии может сотворить маленькое чудо.
Любые неприхотливые однолетники можно высадить как в клумбу, так и в контейнеры. Эти контейнеры могут украсить лужайку в вашем саду, крыльцо или беседку. Для того, чтобы придать таким цветникам деревенский стиль, обернем их в мешковину.
Любая старая кадка или даже просто ненужная бочка, плюс небольшой куст стелющихся цветов — и у вас уже красивый цветочный ручей прямо под окнами дома.
Пластиковые контейнеры с цветами выглядят лучше, если их немного приблизить к естественному виду, например, поместить в плетенную корзинку.
Необычные цветники своими руками из спилов от дерева требуют более частого полива — в отличие от обычной клумбы, цветы в них быстрее пересыхают.
В саду красиво смотрятся не только цветы, но и декоративные травы. Посмотрите, как интересно организован этот цветник-овечка.
Взять оригинальный цветочный контейнер — это одна из самых простых и эффективных идей. Веселые гусеницы-цветники озарят своей яркой улыбкой весь ваш сад.

Необычный цветник-лебедь умело использует яркий контраст между белыми и синими кустами мелких цветов.
Если старая машина уже никому не нужна, и нет надежды от нее избавиться, можно сделать из нее необычный цветник своими руками. Решение, конечно, на любителя.
Цветник своими руками с использованием садовых фигурок. Около крыльца вас всегда будет ждать такая симпатичная компания, если вы сделаете небольшой палисадник своими руками.
Красивая идея для цветника: шпалера с многолетней лианой в виде сердца. Ваш сад сразу приобретет романтический вид.
Обладатель старого манекена для одежды имеет шанс своими руками сделать небольшой садовый шедевр, как этот цветник-златовласка.
Если вы решили украсить ваш сад цветами, то старое засохшее дерево вам не помеха, а новый вызов дизайнерской мысли. Необычная цветочная чаша с петуниями сможет стать предметом восхищения ваших близких и друзей.
Идеи для цветников есть и простые, и сложные, но любая из них украсит ваш сад. Даже если вы не замечательный и умелый садовод, то достаточно купить пару кустиков цветочной рассады весной и поэкспериментировать с ними.

Даже если в первый год, ваши цветники, сделанные своими руками из подручных материалов, получатся не таким красивыми как на этих фото, вы сможете сделать выводы и наращивать свое мастерство и умение с каждым годом, и рано или поздно ваш сад станет вашей гордостью.

Тетя Роза из Одессы знает, как сделать необычную клумбу буквально из ничего! Цветники внутри старых вещей — лучшие.

Вот и наступил тот самый, долгожданный сезон дач, огородов и выездов на природу. Кому-то работа на земле в тягость, а мне, наоборот, это очень нравится. Ведь так прекрасно приехать на дачу из пыльного заасфальтированного города после тяжелой рабочей недели и вдохнуть свежий воздух, съесть сочную помидорку прямо с куста и залюбоваться красивыми цветами, с любовью выращенными на собственной клумбе!

Конечно, чтобы это всё было, придется поработать, но всё зависит от того, как ты к этому относишься. Чтобы создать на даче уютное место, которое радует глаз, потребуются и материальные затраты, и порой достаточно значительные. Но здесь придет на помощь способ, которому меня научила мамина знакомая, тетя Роза из Одессы.

Необычные клумбы

Эта находчивая женщина решила сделать на своем дачном участке интересное ограждение и особенный цветочный домик из старых и ненужных вещей, которые легко можно отыскать, если перебрать кладовку, сарай или чердак.

Клумбы своими руками из подручных средств — отличный способ благоустроить участок, сделав его выразительным и удивительным элементом ландшафтного дизайна.

«Копилочка Полезных Советов » предлагает тебе ознакомиться с 19 идеями садовых клумб и цветников, созданных из старых вещей.

1. Необычная идея клумбы в виде ручья из старой вазы.
2. В такой вазон можно превратить старую клетку. Для этого просто наполни ее землей, высади ампельные цветы — их побеги будут красиво смотреться, обвивая тонкие металлические прутья клетки.
3. Старые калоши также могут пригодиться, если ты решила креативно украсить свой двор.
4. Меня удивила идея цветника из покрашенных пластиковых бутылок.
5. А еще восторг у меня вызывает цветник в форме бабочки. Для создания такой клумбы тебе потребуется толстая ненужная проволока, из которой можно сделать каркас. В него насыпается почва и высаживаются растения.
6. Вышедшую из употребления бочку не стоит выкидывать! Она идеально подойдет для создания цветочных композиций, главное — проявить фантазию.Можно распилить бочку пополам или вдоль, а в полученные части насыпать грунт. Даже если просто ее поставить и засадить яркими цветами, выглядеть она будет эффектно.
7. Очень стильно смотрится клумба в бревне. Для того чтобы в ней было достаточно места для цветов, потребуется бревно большого диаметра — 50 см и более.Существует и эконом-вариант подобной клумбы, когда деревянный ящик по длине обшивают горбылем, а на торцах ящика наклеивают два спила бревна.
8. Из пластиковых ПВХ-труб можно сделать вертикальную клумбу. Глубина такой клубы совсем небольшая. Здесь хорошо себя будут чувствовать только растения с неглубокой корневой системой: портулак, суккуленты.А куда же будет стекать лишняя вода? Если внизу сделать отверстия, то грязная вода запачкает стену. Можно сделать ирригационную систему с трубочками для капельного полива каждого модуля или поступить проще — использовать такую конструкцию как кашпо для стаканчиков с небольшими цветами.
9. Оригинальный вариант садового контейнера для цветов получается с использованием мягких форм, например таких, как мешок.Исходный горшок наполняем чем-то тяжелым и вдавливаем в пластиковый пакет, наполненный раствором. Когда форма застывает, надеваем на нее мешок, смоченный жидким цементным раствором, края мешка заворачиваем внутрь и обмазываем раствором. Важная деталь — завязка из веревки.
10. В гараже любого автолюбителя обязательно найдется пара-тройка покрышек, отслуживших свое. Самый «ленивый» вариант для клумбы из покрышек своими руками — это выбрать место поровнее, уложить покрышку, наполнить ее плодородным грунтом и высадить внутрь цветы.А чтобы добавить клумбе привлекательности, ее можно покрасить в понравившийся цвет, ведь авторезина отлично держит краску!
11. А можно использовать поломанный велосипед и поставить на него емкости с растениями, прочно закрепив их на руле и багажнике. Лучше выбирать вьющиеся петунии.
12. Отличный вариант не только для дачи, но и для дома. Пластиковый стаканчик и три старых компакт-диска — и у тебя готов миниатюрный вазон для рабочего стола или кухни.
13. Использование старой мебели для посадки цветов ограничено только твоей фантазией и размерами дачи.Необычно смотрятся старые кровати с металлическими или деревянными реечными спинками, на них можно соорудить большой цветник, все растения будут находиться в одном месте и играть главную роль в украшении участка. Ну а мне очень нравится клумба из старой тумбочки, которую создала мамина знакомая, тетя Роза.
14. Музыкальная клумба в рояле — моя мечта!
15. Пластиковые бутылки окружают нас повсюду. Выбрасываем мы их ежедневно, но кто сказал, что мы не можем применить их на даче!Из большой пластиковой бутыли и гипса можно сделать лебедя или другую садовую фигурку. Смотрится довольно необычно, не правда ли?
16. Существует огромное количество идей, что можно сделать из поддонов, но вариант цветника и одновременно будки для собаки выглядит неожиданно.Поддоны нужно тщательно зашкурить, утопить торчащие гвозди и покрасить, чтобы твой любимый питомец не поранился об необработанную поверхность.
17. Еще одна интересная идея с использованием пластиковых бутылок.
18. Вертикальная клумба — великолепное украшение дачного домика!
19. И еще одна идея, которую я обязательно воплощу на своем дачном участке, — сундук с цветочными сокровищами. Удивительное великолепие!

Если ты сделаешь на своем дачном участке такую необычную клумбу, ты не только привлечешь внимание всех соседей и проходящих мимо дачи людей, но и найдешь прекрасное применение старым вещам. Не забудь поделиться замечательными идеями со своими друзьями в соцсетях!

Альтернативная энергия Альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты.

О солнечной энергетике и перспективах ее развития ведутся споры и дискуссии уже много лет. Большинство считают солнечную энергетику – энергетикой будущего, надеждой всего человечества. Серьезные инвестиции вкладывает в строительство солнечных электростанций большое количество компаний. Солнечную энергетику стремятся развивать во многих странах мирах, считая ее главной альтернативой традиционным энергоносителям. Германия, являясь далеко не солнечной страной, стала мировым лидеров в этой сфере. Совокупная мощность СЭС Германии растет год от года. Серьезно занимаются разработками в области энергии солнца и в Китае. Согласно оптимистичному прогнозу International Energy Agency, солнечные электростанции к 2050 году смогут производить до 20-25% мировой электроэнергии.

Альтернативный взгляд на перспективы солнечных электростанций базируется на том, что затраты, которые требуются для изготовления солнечных батарей и аккумуляторных систем, в разы превышают прибыль от производимой солнечными электростанциями электроэнергии. Противники этой позиции уверяют, что все как раз наоборот. Современные солнечные батареи способны работать без новых капиталовложений десятки и даже сотни лет, произведенная ими суммарная энергия равна бесконечности. Вот почему в долгосрочной перспективе электроэнергия, полученная с использованием энергии солнца, станет не просто рентабельной, а сверхприбыльной.

Где же истина? Попробуем разобраться в этом вместе с вами, уважаемые читатели. Мы рассмотрим современные подходы в сфере солнечной энергетики и некоторые гениальнейшие идеи, которые на сегодняшний день уже реализованы. Мы попробуем установить КПД солнечных батарей, функционирующих в настоящее время, понять, почему сегодня этот КПД является довольно низким.

Эффективность солнечных батарей в России

Согласно современным исследованиям, солнечная энергия составляет порядка 1367 Ватт на 1 кв.м (солнечная постоянная). На экваторе через атмосферу до земли доходит лишь 1020 Ватт. На территории России с помощью солнечных электростанций (при условии, что КПД солнечных элементов составляет сегодня 16%) в среднем можно получить 163,2 Ватта на квадратный метр.

В этих таблицах приводится годовая инсоляция для городов России с учетом погодных условий, длительности дня и ночи, а также, типа установки солнечных батарей (КПД солнечной батареи не учитывается).

Если в Москве установить квадратный километр солнечных батарей под углом в 40 градусов (что для Москвы оптимально), то годовой объем выработанной электроэнергии составит 1173*0.16 = 187.6 ГВт*ч. При цене на электроэнергию в 3 рубля за кВт/ч, условная стоимость сгенерированной электроэнергии – 561 млн. рублей.

Наиболее распространенные способы генерации электроэнергии с помощью солнца:

Громадные зеркала таких солнечных электростанций, поворачиваясь, ловят солнце и отражают его на коллектор. Принцип функционирования таких электрогенерирующих станций основан на преобразовании тепловой энергии солнца в механическую электроэнергию термодинамической машины либо с помощью газопоршневого двигателя Стирлинга, либо с помощью нагрева воды и т.п.

В качестве примера рассмотрим электростанцию Ivanpah (мощность 392 мегаватт), в которую вложил свои средства всемогущий Google. В строительство солнечной электростанции, расположенной в калифорнийской пустыне Мохаве, вложено более двух миллиардов долларов США. На 1 кВт установленной мощности СЭС затрачено 5612 долларов. Многие полагают, что эти затраты, хотя и превышают затраты на сооружение угольных электростанций, гораздо ниже, чем затраты на строительство АЭС. Но так ли это? Во первых, на атомной электростанции, на 1 кВт ее установленной мощности расходуется от 2000 до 4000 долларов, что дешевле, чем затраты, которые пошли на строительство Ivanpah. Во вторых, годовая выработка электроэнергии солнечной электростанции – 1079 ГВт*ч, следовательно, ее среднегодовая мощность 123.1МВт. К тому же, солнечная электростанция станция способна генерировать энергию солнца только в дневные часы. Таким образом, «усредненная» стоимость строительства СЭС доходит до 17870 долларов за 1 кВт, а это довольно значительная цена. Пожалуй, дороже обошлась бы разве что выработка электричества в открытом космосе. Затраты на строительство привычных электростанций, работающих, например, на газе, в 20-40 раз ниже. При этом, в отличие от солнечных электростанций, эти электростанции могут функционировать постоянно, производя электроэнергию тогда, когда в ней есть потребность, а не только в те часы, когда светит солнце.

Но мы знаем, что современные солнечные теплоэлектростанции способны генерировать электроэнергию круглосуточно, используя для этого большой объем нагреваемого в течение всего светового дня теплоносителя. Только стоимость строительства этих станций стараются не слишком афишировать, вероятно, потому, что она является значительной. А если в стоимость проектирования и строительства солнечных электростанций включить аккумуляторы, тем более, строительство гидроаккумулирующих электростанций, то сумма возрастет до фантастических размеров.

Кремниевые солнечные батареи

Сегодня для функционирования СЭС применяются полупроводниковые фотоэлементы, которые представляют собой полупроводниковые диоды большой площади. Влетающий в pn-переход световой квант, генерирует пару электрон-дырка, при этом, на выходах фотодиода создается перепад напряжения (порядка 0,5В).

КПД кремниевой солнечной батареи – порядка 16 %. Почему же КПД столь низок? Для того чтобы сформировать электронно-дырочную пару, требуется определенная энергия. Если прилетевший световой квант обладает малой энергией, то генерации пары не произойдет. В этом случае квант света просто пройдет сквозь кремний, как сквозь обыкновенное стекло. Вот почему кремний является прозрачным для инфракрасного света далее 1.2 мкм. Если же световой квант прилетит с большей энергией, чем требуется для генерации (зеленый свет), пара образуется, но избыток энергии просто уйдет в никуда. При синем и ультрафиолетовом свете (энергия которого является очень высокой), квант может не успеть долететь до самых глубин p-n перехода.

Для того чтобы солнечный свет не отражался от поверхности солнечной батареи, на нее наносится специальное противоотражающее покрытие (такое покрытие наносят и на линзы фотообъективов). Текстуру поверхности делают неровной (в виде гребенки). В этом случае световой поток, отразившись от поверхности один раз, возвращается вновь.

КПД фотоэлементов увеличивают, комбинируя между собой фотоэлементы, на основе различных полупроводников и с разной энергией, необходимой для генерации пары электрон-дырка. Для трехступенчатых кремниевых фотоэлементов достигается КПД в 44% и даже выше. Принцип работы трехступенчатого фотоэлемента основан на том, что сначала ставится фотоэлемент, который эффективно поглощает именно синий свет, а красный и зеленый, пропускает. Второй фотоэлемент поглощает зеленый, третий – ИК. Однако трехступенчатые фотоэлементы сегодня очень дороги, поэтому, повсеместно используются более дешевые одноступенчатые фотоэлементы, которые за счет цены опережают трехступенчатые по показателю Ватт/$.

Гигантскими темпами развивает производство кремниевых фотоэлементов Китай, за счет чего стоимость одного ватта снижается. В Китае она составляет примерно 0,5 долларов за Ватт.

Основными типами кремниевых фотоэлементов являются:
• Монокристаллические
• Поликристаллические

КПД монокристаллических фотоэлементов, которые являются более дорогими, несколько выше (всего лишь на 1 %), чем КПД поликристаллических. Поликристаллические кремниевые фотоэлементы сегодня обеспечивают наиболее дешевую стоимость 1 Ватта генерируемой электроэнергии.

Кремниевые солнечные батареи не могут служить вечно. За 20 лет эксплуатации в условиях агрессивной среды самые совершенные из них теряют до 15-ти процентов своей первоначальной мощности. Есть основания полагать, что в дальнейшем деградациях солнечных батарей замедляется.

Кремниевый фотоэлемент и параболическое зеркало

Изобретатели во всех странах мира предпринимают всевозможные попытки увеличить экономическую рентабельность солнечных электростанций. Если, например, взять маленький эффективный кремниевый фотоэлемент и параболическое зеркало (concentrated photovoltaics), можно достичь КПД в 40 % вместо 16, при этом, зеркало гораздо дешевле, чем солнечная батарея. Но для того чтобы следить за солнцем, требуется надежная механика. Громадная зеркальная поворотная тарелка должна быть надежно укреплена и защищена от мощных ветровых порывов и агрессивных факторов окружающей среды. Вторая проблема заключается в том, что параболические зеркала не могут фокусировать рассеянный свет. Если солнце зашло даже за не плотные тучи, выработка энергии с помощью параболической системы упадет до нуля. У привычных солнечных батарей в этих условиях выработка тепловой энергии тоже серьезно снижается, но не до нуля. Солнечные батареи с параболическими зеркалами слишком дороги по установочной стоимости и затратны в обслуживании.

Круглые солнечные элементы на крышах

Американской компанией Solyndra при поддержки правительства были сконструированы солнечные фотоэлементы круглой формы. Они монтировались на крышах, выкрашенных в белый цвет. Солнечные батареи круглой формы изготавливали путем напыления проводникового слоя (в случае с Solyndra использовался Copper indium gallium (di)selenide) на стеклянные трубы. Фактическая эффективность круглых батарей составляла порядка 8,5 %, что ниже более дешевых кремниевых. Solyndra, получившая государственные гарантии по громадному кредиту, обанкротилась. В технологии, экономическая эффективность от которых была весьма сомнительной с самого начала, американская экономика вложила немалые денежные средства. «Удачное» лоббирование неэффективных технологий – это не только российское ноу хау.

Большая проблема солнечной энергетики!

Известно, что солнечные электростанции генерируют электроэнергию днем, в то время, как огромная потребность в электричестве возникает как раз таки в вечерние часы. Это значит, что без аккумуляторов солнечные электростанции не будут эффективны. В вечерний пик потребления электричества придется задействовать альтернативные (классические) источники электроэнергии. В дневные часы часть традиционных электростанций придется отключить, а часть – держать в горячем резерве на случай плохой погоды. Если над солнечной электростанцией нависнут тучи, недостающую электроэнергию должна давать резервная. В итоге, классические генерирующие мощности стоят в резерве и теряют прибыль.

Есть еще один путь. Он отражен в проекте Desertec – передача электроэнергии из Африки в Европу. С помощью ЛЭП в вечерний пик потребления электричества можно передавать электроэнергию от СЭС, которые находятся в тех районах земного шара, где в это время в разгаре солнечный день. Но этот способ до перехода на сверхпроводники требует огромных финансовых затрат, а также, всевозможных согласований между разными государствами.

Использование аккумуляторов

Мы выяснили, что в среднем стоимость одного Ватта, произведенного солнечной батареей – 0,5 доллара. В течение дня (8 часов) батарея способна сгенерировать в пределах 8-ми Вт*ч. Эту энергию необходимо сохранить до вечернего пика потребления электричества.

Литиевые аккумуляторы, разработанные в Китае, стоят приблизительно 0,4 доллара за Вт*ч, следовательно, для солнечной батареи стоимостью 0,5 доллара, на 1 Вт будут необходимы аккумуляторы стоимостью 3,2 доллара, а это в шесть раз превышает стоимость самой батареи. Если учесть, что литиевый аккумулятор рассчитан максимум на 2000 циклов заряда-разряда, что составляет от трех до шести лет, то можно сделать вывод, – литиевый аккумулятор, это чрезвычайно дорогое решение.

Самыми дешевыми аккумуляторами являются свинцово-кислотные. Оптовая цена этих далеко не самых экологичных систем, порядка 0,08 доллара за Вт*ч. Свинцово-кислотные аккумуляторы также, как и литевые, рассчитаны на 3-6 лет работы. КПД свинцового аккумулятора составляет 75 %. Четвертую часть своей энергии этот аккумулятор теряет в цикле заряд-разряд. Чтобы сохранить дневную выработку солнечной энергии понадобится приобрести свинцово-кислотные аккумуляторы на 0.64 доллара. Мы видим, что это также больше, чем стоимость самих батарей.

Для современных СЭС разработаны гидроаккумулирующие электростанции. В течение светового дня в них закачивается вода, а ночью они функционируют как обычные гидроэлектростанции. Но строительство этих электростанций (КПД 90 %) не всегда возможно и чрезвычайно дорого.

Мы можем сделать неутешительный вывод. На сегодняшний день аккумуляторы обходятся дороже, чем сами СЭС. Для крупных солнечных электростанций они не предусмотрены. По мере генерации электроэнергии, крупные солнечные электростанции продают ее в распределительные сети. В вечернее и ночное время электроэнергию вырабатывают обычные электростанции.

Энергия солнца – какова сегодня ее цена?

Возьмем, к примеру, Германию – мирового лидера в использовании солнечной энергетики. Киловатт солнечной энергии, которая генерируется (даже в дневные часы, а ведь такая электроэнергия дешевле), выкупается в этой стране по цене от 12 до 17,45 евроцентов за кВт*ч. Поскольку газовые электростанции в Германии по прежнему строятся, функционируют или находятся в горячем резерве, солнечные электростанции в этой стране фактически просто помогают экономить российский газ.

Стоимость российского газа на сегодняшний день – 450 долларов за тысячу кубометров. Из этого объема газа (КПД генерации 40%) можно выработать приблизительно 4.32 ГВт электроэнергии. Следовательно, на 1 кВт*ч электричества выработанного от солнца, российского газа экономится на сумму в 0,104 доллара или 7,87 евроцента. Вот справедливая стоимость солнечной нерегулируемой генерации. Таким образом, в настоящее время в Германии солнечная энергетика на 50 % дотируется государством. Хотя, необходимо отметить, что Германия стремительно снижает стоимость генерации электроэнергии от солнца.

Делаем выводы

Самое экономичное солнечное электричество (0,5 долларов за 1 Ватт) получают сегодня с помощью солнечных поликристаллических батарей. Все остальные способы получения электричества с помощью энергии солнца, на порядок дороже.

Проблема, которая является ключевой для солнечной энергетики, это все же не КПД солнечных батарей, не цены, и не EROEI, который теоретически бесконечен. Главная проблема заключается в удешевлении способов генерации энергии солнца, полученной в дневные часы и сбережения этой энергии для вечернего пикового потребления. Ведь в настоящее время аккумуляторные системы, срок службы которых от трех до шести лет, в разы дороже самих солнечных батарей.

Солнечная генерация в значительных масштабах рассматривается сегодня только в виде способа экономии небольшой части традиционного ископаемого топлива в дневное время. Солнечная энергетика пока не в силах полностью взять на себя нагрузку в вечерние пиковые часы энергопотребления и уменьшить число АЭС, угольных, газовых и гидроэлектростанций, которые в дневные часы должны стоять в резерве, а в вечерние, брать на себя значительную энергетическую нагрузку.

Если в результате ужесточения тарифов (при которых, например, производителям водорода и алюминия будет выгодно запускать свое электролизное производство в дневные часы) пик потребления электроэнергии сместится на дневные часы, то у энергии солнца появятся более серьезные перспективы для развития.

Стоимость солнечной генерации, которая является «нерегулируемой», несопоставима со стоимостью генерации электроэнергии на привычных электростанциях, которые могут свободно генерировать ее в любое время, когда в этом есть необходимость.

Стоимость солнечной электроэнергии не должна превышать стоимости ископаемого топлива, сэкономленного с ее помощью. Если, например, газ в Германии стоит 450 долларов, то цена солнечной генерации в этой стране не должна превышать 0,1 доллара за киловатт час, в противном случае солнечная энергетика в этой стране является убыточной. До тех пор пока ископаемое топливо будет оставаться дешевым и легкодоступным, генерация солнечной энергии является невыгодной с экономической точки зрения.

В настоящее время использование энергии солнца и дорогостоящих солнечных аккумуляторных систем является экономически оправданным только для тех регионов и объектов, где нет других возможностей подключения к электросетям. Например, на одиноко стоящей, отдаленной станции сотовой связи.

Однако, не стоит забывать следующих важных факторов, которые вселяют оптимизм при рассмотрении солнечной энергетики:
1. Стоимость ископаемого топлива неуклонно растет по мере уменьшения его запасов.
2. Разумная государственная политика делает использование солнечных электростанций выгоднее.
3. Прогресс не стоит на месте! КПД солнечных электростанций повышается, разрабатываются новые технологии в генерировании и аккумулировании электроэнергии.

Поэтому, хочется верить, через 3-5 лет можно будет написать гораздо более позитивный обзор этой отрасли энергетики!

Солнечная энергетика: перспективы

Солнечная энергетика — одна из наиболее быстрорастущих индустрий на текущий момент. За последнее десятилетие средний годовой темп её роста составил 49% г/г (Mackenzie, 2020). В нашем отчёте мы провели анализ причин этого роста и представили наш прогноз по развитию рынка солнечной энергетики на ближайшие годы.

Кроме того, мы нашли основные компании-бенефициары, которые выиграют от роста рынка солнечной энергетики. Энергетические компании создадут дополнительный спрос на солнечные панели, что многократно увеличит продажи их производителей. Сгенерированная с помощью солнечных панелей энергия потребует роста числа батарей для её хранения, который также положительно скажется на производителях. А изготовители батарей будут закупать всё больше сырья для производства, стимулируя его добычу (в первую очередь лития) и, следовательно, продажи добывающих компаний.

Снижение цен на солнечные панели увеличивает популярность солнечной энергетики

Наиболее существенной причиной такого роста является снижение затрат на солнечные панели. За последние 10 лет их средняя стоимость упала с $40 000 в 2010 году до $20 000 в 2019. Из-за того, что солнечная панель — наиболее существенная статья затрат в установке для получения энергии от солнца, снижение её стоимости ведёт к общему сокращению затрат на солнечную энергию. Поэтому солнечная энергия становится более дешевой: за последние 10 лет затраты на электричество, получаемое электростанциями от солнечных панелей, снизились на 82% — с $378 до $68 за 1 МВт*ч. На текущий момент солнечные панели являются одним из наиболее дешевых источников энергии, уступая по этому показателю только ветрогенераторам.

Солнечная энергетика становится более удобной в использовании из-за падения цен на батареи для дома

В связке с солнечными панелями часто используются батареи, которые аккумулируют электроэнергию в периоды её избытка и отдают её в моменты нехватки солнца. Ещё десять лет назад батареи были достаточно дорогими и позволяли аккумулировать более чем в 2 раза меньше электроэнергии (при прочих равных), чем сейчас. Высокая цена на батареи ограничивала спрос на солнечную энергетику: энергетические компании предпочитали использовать более надежное и стабильное сжигание газа, а жители США отказывались вкладываться в нерентабельное оборудование.

Но в последние годы цена на батареи снизилась: она упала с $1183 (КВт*ч) в 2010 г. до $156 (КВт*ч) в 2020 г. Это произошло за счёт эффекта масштаба: за последнее десятилетие производство крупных батарей выросло до уровня масс-маркета, что сильно понизило их стоимость. При этом ожидается, что в будущем их цена продолжит снижаться и достигнет $100 (КВт*ч) в течение трёх лет. Из-за удешевления батарей солнечная энергетика стала более доступной и удобной для людей. Раньше большая часть населения и энергетических компаний использовала солнечные панели без батарей или же отказывалась от солнечной энергетики. Сейчас же продажи батарей для солнечных панелей ежегодно растут на 30% в год, а учитывая прогнозируемое нами снижение их цены, в ближайшие годы этот темп роста сохранится.

США активно поддерживает развитие солнечной энергетики

Граждане и юридические лица США могут получить налоговый вычет в размере 30% от стоимости солнечной батареи. Также государство позволяет физическим лицам зарабатывать на генерации солнечной электроэнергии: за каждый МВт*ч, сгенерированный солнечной батареей, они получают сертификат Solar Renewable Energy Certificate (SREC). Этот сертификат они могут продать энергетической компании, которая обязана либо сама получить определенное количество SREC, либо купить их у населения. Такие сертификаты, в зависимости от штата, могут стоить от $50 до $300 долларов.

Читайте также:

Потолок из гипрока

Кроме того, одним из планов Джо Байдена является поддержка возобновляемой энергетики. Будущий 46-й президент США заявил, что планирует потратить $2 трлн в течение 4 лет своего президентского срока на возобновляемую энергетику: на модернизацию энергетической инфраструктуры и её декарбонизацию, на рост числа электромобилей и на исследования в области возобновляемой энергетики. Долгосрочным результатом своей политики будущий президент видит прекращение выбросов углекислого газа на электростанциях уже к 2035 году. Мы считаем, что политика президента положительно скажется на солнечной энергетике и позволит увеличить продажи компаний, производящих солнечные панели.

Двузначные темпы роста рынка солнечных панелей сохранятся в ближайшие 3 года

По нашей оценке, высокий темп роста продаж солнечных панелей сохранится на уровне 17% на ближайшие 3 года из-за того, что:

• Солнечная энергия сейчас — один из наиболее дешевых источников энергии. Учитывая её текущую долю в общем производстве электроэнергии США (1%), у неё есть большой потенциал для роста.
• Одной из главных инициатив президента США Джо Байдена является поддержка возобновляемой энергетики, а также стремление к полному отказу от использования углеводородов на электростанциях к 2035.
• Рост объёмов производства позволит ещё сильнее снизить стоимость солнечных панелей и батарей для них, что сделает их ещё более доступными.

Основные бенефициары

Учитывая высокие прогнозируемые темпы роста индустрии, мы ожидаем аналогичный рост выручки лидеров этого рынка, а значит — рост стоимости их акций. Мы выделяем четыре группы бенефициаров:

• Производители солнечных панелей. На Санкт-Петербургской бирже есть большое количество успешных компаний-производителей солнечных батарей: SolarEdge (SEDG), First Solar (FSLR), NextEra Energy (NEE), Enphase energy (ENPH).
• Производители батарей. Основными игроками на этом рынке являются Enersys (ENS), General electric (GE), Johnson Controls (JCI), Enphase energy (ENPH). При этом для части этих компаний производство батарей для дома — это только небольшая часть бизнеса. Больше всего на производстве батарей сконцентрированы Enersys и Enphase energy.
• Поставщики сырья, которое используется в производстве батарей. Мы видим большой потенциал в компаниях, поставляющих на рынок литий — один из основных металлов в литий-ионных батареях (наиболее популярном и эффективном типе батарей). Основные компании, которые доступны на Санкт-Петербургской бирже: Livent Corporation, которая почти полностью фокусируется на добыче лития, и Albemarle, более 35% выручки которой приходится на добычу лития.
• Поставщики сырья, которое используется в производстве солнечных панелей. Мы считаем, что компании, которые поставляют сырьё для солнечных панелей, не так привлекательны. Дело в том, что основным компонентом для этих панелей является кремний — он уже используется во многих других сферах, поэтому рост солнечной энергетики существенно не увеличит его добычу. А редкие металлы, используемые в солнечных панелях (такие как галлий и индий), составляют только незначительную долю в выручке добывающих их компаний — солнечная энергетика также существенно не повлияет на них.

Статья написана в соавторстве с аналитиком компании Invest Heroes, Денисом Лазаревым

Солнечные батареи: перспективы использования, эффективность

Актуальность данной темы

В настоящее время во всем мире, в том числе и в нашей стране, остро встает вопрос о разработке и внедрении новых источников энергии. Всем известно, что наиболее значимыми из них на сегодняшний день являются нефть, природный газ, уголь, электричество. Запасы нефти и газа не безграничны, в силу всего этого необходимо искать альтернативные источники энергии. Одним из них является использование так называемых солнечных батарей. О солнечной энергетике знают уже давно, это предмет споров и дискуссий среди специалистов. Некоторые считают, что это большая перспектива на будущее, другие уверены в противоположном.

Схема подключения солнечных панелей.

Сейчас очень большое количество крупных кампаний вкладывает миллионы в развитие этой отрасли, в том числе в строительство солнечных электростанций. С одной стороны, солнечные батареи не требуют затрат при их эксплуатации, но стоимость данного оборудования высока. Часть специалистов утверждает, что прибыль от данного проекта не сможет покрыть расходы, связанные со строительством. В противовес этому данные устройства могут работать десятками и сотнями лет, поэтому при длительной эксплуатации прибыль будет налицо. Следует рассмотреть более подробно, какова эффективность солнечных батарей, факторы, ее определяющие. Но сперва нужно ознакомиться с принципом их работы, основными преимуществами.

Принцип работы солнечных батарей

Схема элементов солнечной батареи.

Всем известно, что электричество — это основной источник энергии. Но его можно получить и более простым путем. Солнце — это естественный источник энергии, который может широко использоваться в современном мире. Для солнечных батарей главным механизмом работы является поглощение солнечной энергии и преобразование ее в электрическую, а впоследствии в тепловую. Наиболее широкое применение эти устройства нашли в системе отопления частных домов.

Такие батареи представляют собой фотоэлектрические генераторы электрической энергии. У солнечных батарей есть полупроводниковый элемент, на который воздействуют солнечные лучи. Вследствие всего этого образуется постоянный электрический ток, который в дальнейшем используется для обогрева.

Читайте также:

Телескопическая лестница: для чего нужна и какой длины бывает?

В цепях солнечных батарей генерируется напряжение, которое и имеет ценность. В состав аппарата входит аккумулятор, который способен накапливать энергию. Несомненно, для того чтобы это было возможно, потребуется солнечная погода. После накопления энергии, аккумулятор может снабжать потребителя теплом некоторое время в пасмурную погоду.

Эффективность солнечного оборудования

Стоит знать о производительности солнечных батарей. Опираясь на научные данные, можно утверждать, что энергия составляет примерно 1367 Вт на 1 м². В области экватора некоторое ее количество задерживается атмосферой, поэтому энергия, которая доходит до земли равна 1020 Вт.

В России же можно получить только 160 Вт/м² с учетом того, что коэффициент полезного действия солнечных батарей равен 16%.

Схема работы солнечной батареи.

К примеру, если установить солнечные батареи на площади в 1 км², то годовое количество полученной электроэнергии составит примерно 187 ГВт/ч (1173 * 0,16).

При этом большое значение имеет угол установки их относительно падающего света, в данном случае оптимальное его значение 40 °. Стоимость 1 кВт электроэнергии в настоящее время равна 3 рублям, стоимость электроустановки будет составлять 561 млн рублей. Коэффициент полезного действия данного оборудования непостоянен и зависит от нескольких факторов. Главный из них — интенсивность и продолжительность инсоляции, которая, в свою очередь, определяется погодными условиями, длительностью дня и ночи, то есть широтой местности. Огромное значение имеет и тип установочных солнечных батарей.

Эффективность для отопления частного дома

Большой интерес представляет собой использование подобного оборудования для отопления дома. Электричество — это отличный источник тепла. Многие дома имеют именно такую систему отопления. Нужно учитывать тот факт, что отопление частного дома с помощью такого источника целесообразно организовывать только для регионов с максимумом солнечной энергии. Для северных территорий, где бывают полярные ночи, потребуется другой подход. В этом случае рекомендуется совмещать использование солнечной энергии с другими типами отопления, например, газовым или отоплением на твердом топливе (печным).

Все дело в том, что эффективность таких батарей в пасмурную погоду низкая, что может вызвать недостаток тепла. Поэтому отопление с помощью энергии солнца, преобразованной в электрическую, не рекомендуется применять обособленно от других. Оптимально использовать их только для экономии денег, когда это возможно. Таким образом, можно сделать вывод, что использование солнечных батарей не всегда может в полной мере обеспечить оптимальные микроклиматические условия в помещении, обогреть дом, в силу этого данный вид энергии рекомендуется применять совместно с другими видами отопления.

Экономическая эффективность

Схема солнечного коллектора.

Важное положение при использовании этого источника — экономическая выгода. Она напрямую зависит от мощности батареи и площади фотоэлектрических элементов, которые воспринимают лучи. Если взять для примера такой город, как Москва, то можно получить следующие интересные данные. Если мощность устройства составляет 800 Вт, то она позволяет ограниченно пользоваться бытовыми приборами, но не сможет обеспечить бесперебойную подачу электричества в течение суток для обогрева помещений.

При мощности устройства в 10 раз больше, то есть 8 кВт, оно позволит обогревать небольшие по площади помещения дома в осеннее и зимнее время. Весной же возможен полноценный обогрев всех помещений.

Устройство с мощностью 13,5 кВт практически полностью заменяет электричество, что может обеспечить постоянный обогрев дома во все месяцы года, за исключением ноября, декабря и января. В этом случае можно основные приборы оставить работать от солнечных аппаратов, а отопление подключить к центральной системе. Так можно прилично сэкономить. Самыми мощными генераторами являются те, которые имеют мощность 31,5 кВт. Они позволят полностью отказаться от основных видов энергообеспечения и использовать только энергию солнца на протяжении всего года длительное время. Но стоят такие аппараты дорого, что ограничивает их применение.

Недостатки использования энергии солнца

Схема расположения солнечных панелей.

Несмотря на то, что электричество, полученное с помощью только энергии солнца, не требует при эксплуатации системы никаких капиталовложений, в данном вопросе много проблем. Во-первых, объем полученного электричества во многом зависит от следующих факторов: погоды, широты местности, мощности батарей.

Во-вторых, такие источники тепла являются в большей степени дополнительным средством, к примеру, для обогрева, что ограничивает их применение. В-третьих, установка подобного оборудования стоит больших денег. В частности, это касается крупных электростанций. Стоимость самих аккумуляторов на порядок превышает таковую для батарей.

Но самое важное — это удешевление способов генерации полученного от солнца тепла и сохранение его как можно более длительное время. Вечером потребление электричества возрастает, а батареи работают в основном в дневное время. Учеными вычислено, что стоимость 1 Вт от батареи равно 0,5 $. За день (8 часов работы) она способна образовать 8 Вт/ч, которую потребуется сохранить на вечернее время. Самое дешевое солнечное электричество сейчас получают с помощью поликристаллических батарей. Большое значение имеет и то, что стоимость солнечной энергии не должна превышать цену альтернативного топлива, например, газа. Если взять для примера одного из мировых лидеров в данном вопросе — Германию — цена на газ в ней равна 450 $, то стоимость 1 кВт солнечной энергии не должна быть выше 0,1 $. В противном случае применение последней будет экономически не целесообразным.

Читайте также:

Подготовка поверхностей: штукатурим стены

Преимущества источника энергии

Электричество, полученное таким образом, является альтернативой тому, которым мы привыкли пользоваться сегодня. Данный вид энергообеспечения оптимален для тех территорий и объектов, где нет других источников, например, на отдаленных станциях сотовой связи.

Подобное оборудование может быть незаменимым в южных регионах нашей страны, где наблюдается пик солнечной активности. При использовании крупных станций важно помнить, что они могут прослужить десятки и сотни лет.

Заключение, выводы, рекомендации

На основании всего вышесказанного можно сделать заключение о том, что в современном мире идут поиски альтернативных источников энергии. Перспективным направлением является солнечная энергетика, которая основана на использовании солнечных батарей. Стандартная солнечная установка состоит из следующих основных частей: обыкновенного преобразователя, преобразователя постоянного тока в переменный, механизма отбора мощности, аккумулятора и аппарата, регулирующего уровень зарядки и разрядки.

Эффективность подобного оборудования зависит от нескольких факторов. Самый важный из них — активность солнечной энергии и мощность батареи. Наиболее оптимальными являются аппараты с мощностью от 13,5 кВт, что может обеспечить практически бесперебойную работу всего оборудования. Для северных регионов нашей страны использование батарей не является перспективным. Рекомендуется применение их в качестве дополнительного источника электричества в целях экономии средств. Целесообразно совмещать ее с центральным отоплением (на природном газе или твердом топливе). При возведении солнечных станций нужно учесть большие затраты на оборудование. Окупаемость может составить десятки лет.

Яркое будущее солнечной энергетики

Подробное и простое описание работы солнечных панелей и прогнозы на будущее

Как пьют чай в Тибете

Наш недавний обзор солнечных панелей мог оставить у вас впечатление, что сбор солнечной энергии – дело новое, однако люди эксплуатируют её уже тысячи лет. С её помощью они обогревают дома, готовят и греют воду. Некоторые из самых ранних документов, описывающих сбор солнечной энергии, восходят к древней Греции. Сам Сократ говорил, «в домах, смотрящих на юг, зимнее солнце проникает через галерею, а летом путь солнца проходит над нашей головою и прямо над крышей, из-за чего образуется тень». Он описывает то, как греческая архитектура использовала зависимость солнечных путей от времён года.

В V столетии до н.э. греки столкнулись с энергетическим кризисом. Преобладавшее топливо, древесный уголь, заканчивалось, поскольку они вырубили все леса для готовки и обогрева жилищ. Были введены квоты на лес и уголь, а оливковые рощи приходилось защищать от граждан. Греки подошли к проблеме кризиса, тщательно планируя городскую застройку, чтобы удостовериться в том, что каждый дом может воспользоваться преимуществами солнечного света, описанными Сократом. Комбинация технологий и просвещённых регуляторов сработала, и кризиса удалось избежать.

Со временем технологии сбора тепловой энергии солнца только росли. Колонисты Новой Англии позаимствовали технологии строительства домов у древних греков, чтобы согреваться в холодные зимы. Простые пассивные солнечные водонагреватели, не сложнее покрашенной в чёрный цвет бочки, продавались в США в конце XIX века. С тех пор были разработаны более сложные солнечные коллекторы, прокачивающие воду через поглощающие или фокусирующие свет панели. Горячая вода хранится в изолированном баке. В замерзающих климатах используется двухжидкостная система, в которой солнце греет смесь воды с антифризом, проходящую через спираль в баке для хранения воды, выполняющего ещё одну роль, роль теплообменника.

Солнечные коллекторы на крышах Кипра

Сегодня доступно множество сложных коммерческих систем для нагрева воды и воздуха в доме. Солнечные коллекторы устанавливаются по всему миру, и больше всего их в пересчёте на душу населения стоит в Австрии, на Кипре и в Израиле.

Солнечный коллектор на крыше в Вашингтоне D.C.

Современная история солнечных панелей начинается с 1954 года, с открытия практического способа добычи электричества из света: лаборатории Белла открыли, что из кремния можно делать фотовольтаический материал. Это открытие стало основой сегодняшних солнечных панелей (устройств, превращающих свет в электричество) и запустило новую эру солнечной энергии. С помощью интенсивных исследований сегодняшняя эра солнечной энергии продолжается, и солнце намеревается стать главным источником энергии в будущем.

Что такое солнечный элемент?

Самый распространённый тип солнечного элемента – полупроводниковое устройство из кремния – дальнего родственника твердотельного диода. Солнечные панели делаются из набора солнечных элементов, подключенных друг к другу и создающих на выходе ток с нужным напряжением и силой. Элементы окружаются защитным кожухом и накрываются оконным стеклом.

Солнечные элементы генерируют электричество благодаря фотовольтаическому эффекту, открытому совсем не в лабораториях Белла. Впервые его в 1839 году обнаружил французский физик Александр Эдмон Беккерель, сын физика Антуана Сезара Беккереля и отец физика Антуана Анри Беккереля, получившего нобелевскую премию и открывшего радиоактивность. Чуть больше чем через сто лет в лаборатории Белла был достигнут прорыв в изготовлении солнечных элементов, что и стало основой для создания самого распространённого типа солнечных батарей.

На языке физики твёрдого тела, солнечный элемент создаётся на базе p-n-перехода в кристалле кремния. Переход создаётся через добавление в разные области кристалла небольших количеств разных дефектов; интерфейс между этими областями и будет переходом. На стороне n ток переносят электроны, а на стороне p – дырками, где электроны отсутствуют. В регионах, примыкающих к интерфейсу, диффузия зарядов создаёт внутренний потенциал. Когда в кристалл попадает фотон, обладающий достаточной энергией, он может выбить электрон из атома, и создать новую пару электрон-дырка.

Читайте также:

Бильярдная в загородном доме: выбираем стол

Только что освобождённый электрон притягивается к дыркам с другой стороны перехода, но из-за внутреннего потенциала он не может перейти его. Но если электронам предоставить путь через внешний контур, они пойдут по нему и осветят по пути наши дома. Дойдя до другой стороны, они рекомбинируются с дырками. Этот процесс продолжается, пока светит Солнце.

Требуемая для освобождения связанного электрона энергия называется шириной запрещённой зоны. Это ключ к пониманию того, почему у фотовольтаических элементов есть присущее им ограничение по эффективности. Ширина запрещённой зоны – постоянное свойство кристалла и его примесей. Примеси регулируются таким образом, что у солнечного элемента ширина запрещённой зоны оказывается близкой к энергии фотона из видимого диапазона спектра. Такой выбор диктуется практическими соображениями, поскольку видимый свет не поглощается атмосферой (иначе говоря, люди в результате эволюции приобрели способность видеть свет с самыми распространёнными длинами волн).

Энергия фотонов квантуется. Фотон с энергией меньшей, чем ширина запрещённой зоны (например, из инфракрасной части спектра), не сможет создать переносчик заряда. Он просто нагреет панель. Два инфракрасных фотона тоже не сработают, даже если их общей энергии будет достаточно. Фотон излишне большой энергии (допустим, из ультрафиолетового диапазона) выбьет электрон, но лишняя энергия будет потрачена зря.

Поскольку эффективность определяется как количество энергии света, падающего на панель, делённое на количество полученной электроэнергии – и поскольку значительная часть этой энергии будет потерянной – эффективность не может достичь 100%.

Ширина запрещённой зоны у кремниевого солнечного элемента равна 1,1 эВ. Как видно из диаграммы электромагнитного спектра, видимый спектр находится в области чуть повыше, поэтому любой видимый свет даст нам электроэнергию. Но также это значит, что часть энергии каждого поглощённого фотона теряется и превращается в тепло.

В результате получается, что даже у идеальной солнечной панели, произведённой в безупречных условиях, теоретический максимум эффективности составит порядка 33%. У коммерчески доступных панелей эффективность составляет обычно 20%.

Перовскиты

Большая часть коммерчески устанавливаемых солнечных панелей делается из описанных выше кремниевых ячеек. Но в лабораториях всего мира ведутся исследования других материалов и технологий.

Одна из самых многообещающих областей последнего времени – изучение материалов под названием перовскиты. Минерал перовскит, CaTiO₃, был назван в 1839 году в честь русского государственного деятеля графа Л. А. Перовского (1792-1856), который был коллекционером минералов. Минерал можно найти на любом из континентов Земли и в облаках, по меньшей мере, одной экзопланеты. Перовскитами также называют синтетические материалы, имеющие ту же ромбическую структуру кристалла, что и естественный перовскит, и обладающие схожей по структуре химической формулой.

В зависимости от элементов, перовскиты демонстрируют различные полезные свойства, такие, как сверхпроводимость, гигантское магнетосопротивление, и фотовольтаические свойства. Их использование в солнечных ячейках вызвало много оптимизма, поскольку их эффективность в лабораторных исследованиях возросла за последние 7 лет с 3,8% до 20,1%. Быстрый прогресс вселяет веру в будущее, особенно в связи с тем, что ограничения эффективности становятся всё яснее.

В недавних экспериментах в Лос-Аламосе было показано, что солнечные элементы из определённых перовскитов приблизились по эффективности к кремнию, будучи при этом дешевле и проще в изготовлении. Секрет привлекательности перовскитов в возможности просто и быстро выращивать кристаллы миллиметровых размеров без дефектов на тонкой плёнке. Это очень большой размер для идеальной кристаллической решётки, которая, в свою очередь, позволяет электрону путешествовать по кристаллу без помех. Это качество частично компенсирует неидеальную ширину запрещённой зоны в 1,4 эВ, по сравнению с почти идеальным значением для кремния – 1,1 эВ.

Большая часть исследований, направленных на увеличение эффективности перовскитов, связана с поиском путей устранения дефектов в кристаллах. Конечная цель – изготовить целый слой для элемента из идеальной кристаллической решётки. Исследователи из MIT недавно добились большого прогресса в этом вопросе. Они обнаружили, как можно «заживлять» дефекты плёнки, сделанной из определённого перовскита, облучая её светом. Этот метод гораздо лучше предыдущих методов, включавших химические ванны или электрический ток, благодаря отсутствию контакта с плёнкой.

Приведут ли перовскиты к революции в стоимости или эффективности солнечных панелей, пока неясно. Изготавливать их легко, но пока что они слишком быстро распадаются.

Множество исследователей пытается решить проблему распада. Совместное исследование китайцев и швейцарцев привело к получению нового способа формирования ячейки из перовскита, избавленной от необходимости движения дырок. Поскольку деградирует именно слой с дырочной проводимостью, материал должен быть гораздо более стабильным.

Перовскитовые солнечные ячейки на оловянной основе

Недавнее сообщение из лаборатории Беркли описывает, как перовскиты однажды смогут достичь теоретического лимита эффективности в 31%, и всё равно остаться более дешёвыми в производстве, чем кремниевые. Исследователи измерили эффективность преобразования различных зернистых поверхностей при помощи атомной микроскопии, измеряющей фотопроводимость. Они обнаружили, что у разных граней сильно отличается эффективность. Теперь исследователи считают, что могут найти способ производить плёнку, на которой с электродами будут соединены только самые эффективные грани. Это может привести к достижению ячейкой эффективности в 31%. Если это сработает, то станет революционным прорывом в технологии.

Читайте также:

Трубы в качестве декоративного элемента стен

Другие направления исследований

Возможно производство многослойных панелей, поскольку ширину запрещённой зоны можно настраивать, изменяя добавки. Каждый слой можно настроить на определённую длину волны. Такие ячейки теоретически могут достигать 40% эффективности, но пока остаются дорогими. В результате их проще найти на спутнике НАСА, чем на крыше дома.

В исследовании учёных из Оксфорда и Института кремниевой фотовольтаики в Берлине многослойность объединили с перовскитами. Работая над проблемой разлагаемости материала, команда открыла возможность создавать перовскит с настраиваемой шириной запрещённой зоны. Им удалось сделать версию ячейки с шириной зоны в 1,74 эВ, что практически идеально для изготовления в паре с кремниевым слоем. Это может привести к созданию недорогих ячеек с эффективностью в 30%.

Группа из Нотрдамского университета разработала фотовольтаическую краску из полупроводниковых наночастиц. Этот материал пока ещё не настолько эффективный, чтобы заменить солнечные панели, но производить его проще. Среди преимуществ – возможность нанесения на разные поверхности. В потенциале его будет проще применять, чем жёсткие панели, которые необходимо крепить на крышу.

Несколько лет назад команда из MIT достигла прогресса в создании солнечного теплового топлива. Такое вещество может хранить солнечную энергию внутри себя долгое время, а затем выдавать её по запросу при применении катализатора или нагревании. Топливо достигает это через нереактивное преобразование своих молекул. В ответ на солнечное излучение молекулы преобразуются в фотоизомеры: химическая формула та же, но форма меняется. Солнечная энергия сохраняется в виде добавочной энергии в межмолекулярных связях изомера, который можно представить, как более высокоэнергетическое состояние изначальной молекулы. После запуска реакции молекулы переходят в оригинальное состояние, преобразуя хранившуюся энергию в тепло. Тепло можно использовать напрямую или преобразовывать в электричество. Такая идея потенциально устраняет необходимость в использовании аккумуляторов. Топливо можно перевозить и использовать полученную энергию где-то ещё.

После публикации работы из MIT, в которой использовался фульвален дирутения, некоторые лаборатории пытаются решить проблемы с производством и стоимостью материалов, и разработать систему, в которой топливо будет достаточно стабильным в заряженном состоянии, и способным «перезаряжаться», чтобы его можно было использовать многократно. Всего два года назад те же учёные из MIT создали солнечное топливо, способное испытать не менее 2000 циклов зарядки/разрядки без видимого ухудшения производительности.

Инновация состояла в соединении топлива (это был азобензол) с углеродными нанотрубками. В результате его молекулы выстраивались определённым образом. Получившееся топливо обладало эффективностью в 14%, и плотностью энергии схожей со свинцово-кислотным аккумулятором.

Наночастицы сульфида меди-цинка-олова

В более новых работах солнечное топливо изготовили в виде прозрачных плёнок, которые можно наклевать на лобовое стекло автомобиля. Ночью плёнки растапливают лёд за счёт энергии, набранной в течение дня. Скорость прогресса в этой области не оставляет сомнений, что солнечное тепловое топливо вскоре перенесётся из лабораторий в область привычных технологий.

Ещё один способ создания топлива напрямую из солнечного света (искусственный фотосинтез) разрабатывается исследователями из Иллинойсского университета в Чикаго. Их «искусственные листья» используют солнечный свет для превращения атмосферного углекислого газа в «синтез-газ», в смесь водорода и монооксида углерода. Синтез-газ можно сжигать или преобразовывать в более привычные виды топлива. Процесс помогает удалять лишний CO₂ из атмосферы.

Команда из Стэнфорда создала прототип солнечной ячейки с использованием углеродных нанотрубок и фуллеренов вместо кремния. Их эффективность гораздо ниже коммерческих панелей, зато для их создания используется только углерод. В прототипе нет никаких токсичных материалов. Это более экологичная альтернатива кремнию, но для достижения экономической выгоды ей нужно поработать над эффективностью.

Продолжаются исследования и других материалов и технологий производства. Одна из многообещающих областей исследований включает монослои, материалы со слоем толщиной в одну молекулу (типа графена). Хотя абсолютная фотовольтаическая эффективность таких материалов невелика, их эффективность на единицу массы превышает привычные кремниевые панели в тысячи раз.

Другие исследователи пытаются изготавливать солнечные элементы с промежуточным диапазоном. Идея в том, чтобы создать материал с наноструктурой или особый сплав, в котором смогут работать фотоны с энергией, недостаточной для преодоления обычной ширины запрещённой зоны. В таком материале пара низкоэнергетических фотонов сможет выбить электрон, чего нельзя добиться в обычных твердотельных устройствах. Потенциально такие устройства будут более эффективными, так как задействуют больший диапазон длин волн.

Разнообразие областей исследования фотовольтаических элементов и материалов, и быстрый уверенный прогресс с момента изобретения кремниевого элемента в 1954 году вселяет уверенность, что энтузиазм принятия солнечной энергии не только сохранится, но и будет возрастать.

И эти исследования происходят как раз вовремя. В недавнем мета-исследовании было показано, что солнечная энергия по соотношению полученной энергии к затраченной, или по энергетической рентабельности, обогнала нефть и газ. Это существенный поворотный момент.

Мало сомнений в том, что солнечная энергия в результате превратится в значительную, если не в доминирующую, форму энергии как в промышленности, так и в частном секторе. Остаётся надеяться, что уменьшение необходимости в сжигании ископаемого топлива случится до того, как произойдёт необратимое изменение глобального климата.

Похожие записи:

1. Сочетание зеленого с синим и голубым
2. Электронные крышки биде для унитазов
3. Изготовление и установка деревянной двери
4. Рекомендации по выбору сварочного инвертора для дома