1. Агривольтаика
Принято считать, что идеальным местом для установки солнечных батарей являются бескрайние пустыни нашей планеты. Света здесь много, а облаков практически нет. Проблема в том, что генерирующие ток панели не любят жару. Наиболее эффективно они работают при температуре менее 25 градусов по Цельсию. Однако в умеренном климате им не так просто найти достаточное количество свободных площадей. В нулевых годах началось постепенное внедрение кажущегося беспроигрышным решения - агривольтаики. Технология подразумевает установку солнечных панелей прямо над полями с сельскохозяйственными культурами. Это не только устраняет необходимость в расчистке дополнительного места под сами батареи, но и позволяет охлаждать их с помощью той воды, которую испаряют находящиеся под ними растения.
В 2019 году исследователи из Аризонского университета не поленились выяснить, что в период с мая по июль такие солнечные панели давали на три процента больше энергии, чем обычные. Вроде бы не очень много, однако не следует забывать, что это непрерывный процесс, и даже небольшая выгода со временем превращается в весьма ощутимую прибавку. Инженеры в настоящее время пытаются распространить данную концепцию на водоёмы. Технология уже получила название: «флотовольтаика». Здесь панели размещаются над водной гладью, испарения которой также призваны увеличивать производительность батарей посредством их охлаждения до оптимальной температуры.
2. Солнечные трекеры
Конструкторы стараются выжимать из солнечных панелей максимум. Одним из самых очевидных решений здесь кажется постоянный поворот батарей в сторону источника энергии. Генерирующие ток элементы наиболее эффективны, когда лучи падают на них прямо, а не под углом. Поэтому традиционно они устанавливались в позиции, в которой на них наибольшее количество времени светит Солнце. Понятно, что это не идеальное решение, так как положение нашей звезды на небосклоне меняется не только в зависимости от времени суток, но ещё и в течение года. Чтобы исправить эту ситуацию, инженеры изобрели фотоэлектрические трекеры. Они забирают от 5 до 10 процентов генерируемой энергии, но добавленная выработка с лихвой покрывает эти потери. В некоторых областях планеты этот приём позволяет увеличить объём получаемой энергии на 45%. Особенно полезны трекеры в высоких широтах, где Солнце «гуляет» по горизонту гораздо больше, чем вблизи экватора. Они значительно утяжеляют конструкцию панелей, и их установка на крышах жилищ не отличается практичностью. Однако в полевых условиях их применение более чем оправдано.
3. Солнечные окна
Большинство современных солнечных панелей имеют довольно броский внешний вид, который почти невозможно органично интегрировать в городскую среду. Объясняется это тем, что в основной своей массе они производятся из кремния, который выглядит весьма тяжеловесно. Этот элемент идеально превращает солнечный свет в электроэнергию, но выполнять эту функцию способен не только он. Сегодня учёные пытаются найти альтернативу, которую можно будет встраивать прямо в стекла. Представьте, что вы сидите рядом с окном, греетесь на солнышке, и тут же подзаряжаете мобильник через разъём в раме.
Чтобы добиться этого, нужно найти прозрачный материал, который будет легче кремния. На помощь пришли солнечные элементы, изготовленные из органических соединений. Основой здесь служат полимеры и красители, которые можно наносить на рулоны пластика или, допустим, на то же самое стекло, вставляющееся в окна. На первый взгляд, тут намечается неустранимое противоречие - поглощающее свет вещество должно быть непрозрачным. Однако органические солнечные батареи можно производить из материалов, которые забирают инфракрасный свет, но пропускают видимый. Через имеющиеся сегодня элементы этого типа проходит около 43% излучения. Это, конечно, темно для окон частного домовладения или квартиры, зато прекрасно подходит для «тонирования» стекол офисных высоток.
Эти батареи гораздо дешевле в производстве, чем кремниевые. Кроме того, они очень легкие, и их можно приспособить на экраны мобильников и автомобильные крыши. Есть у них, правда, один серьёзный недостаток - малая эффективность. Они преобразуют в электричество лишь 13% солнечной энергии, в то время как у кремниевых батарей этот показатель достигает 18-22%. Тем не менее, простота применения и установки органических солнечных элементов означает, что они могут использоваться где угодно. В том числе на поверхностях, которые раньше не считались сколько-нибудь перспективными с точки зрения производства электроэнергии.
4. Солнечная ткань
В будущем электричество будут добывать не только неподвижные строения, обвешанные батареями. Сегодня учёные работают над созданием тканей, у которых солнечные панели интегрированы в волокна. Конечная цель этой разработки в том, чтобы потребитель мог генерировать ток, просто выходя на солнышко. Один из методов заключается в создании сверхмалых элементов, которые могут быть вплетены в ткань. В 2018 году английским конструкторам удалось создать изделие размером 3 на 1.5 миллиметра, то есть размером с блоху. 200 таких батарей были установлены в прототип, который смог зарядить наручные часы «Fitbit». Речь не идёт об огромном количестве электроэнергии, но всего 2000 крошечных ячеек должно хватить для подзарядки того же смартфона. Солнечные батареи успешно интегрируются и в более тяжелый текстиль, например, в шторы и палатки, которые предназначены для долгого пребывания на солнце в течение светового дня.
5. Гелиотермальная энергетика
Если все предыдущие технологии этого списка ставят своей целью создание электрической энергии, то здесь инженеры пытаются получить тепловую - для обогрева жилищ. Они конструируют аккумуляторные батареи, наполненные так называемым «солнечным тепловым топливом». Это вещество, которое поглощает энергию, а затем, по желанию пользователя, высвобождает. Солнечные лучи разрушают его химические связи, заставляя молекулы перестраиваться, приобретая новую, более теплоемкую конфигурацию. Шведские исследователи смогли создать топливо, которое таким образом может хранить энергию в течение почти двух десятков лет. Высвобождение происходит посредством физического фильтра, действующего как катализатор и возвращающего молекулы в их изначальное состояние.
Шведам удалось поднять температуру вокруг своего устройства на 63 градуса всего за несколько минут, однако они твердо намерены улучшить полученный результат. Если эта технология будет доведена до ума, она наверняка станет весьма востребована. Рачительный хозяин ставит на крышу своего дома устройство, которое просто греется под солнечными лучами. Затем, с наступлением зимы, он просто щёлкает выключателем, и у него дома становится тепло. Без счетов за электричество и газ, без вредных выбросов и загрязнения окружающей среды. Этот процесс может повторяться снова и снова. Разве это не замечательно?
