По мере того как наша планета приближается к чрезвычайной климатической ситуации, некоторые люди надеются, что возобновляемые источники энергии придут на помощь.
Солнечная фотоэлектрическая (ФЭ) технология неуклонно развивается с тех пор, как была впервые разработана Bell Labs в 1954 году. В настоящее время она масштабируема, легко интегрируется с другими энергетическими технологиями, включая аккумуляторы, и стоимость модулей (широко известных как панели) снизилась на 80 процентов с 2009 года.
Десятилетия совершенствования инженерных и производственных процессов привели к тому, что кристаллические солнечные модули на основе кремния, которые заполняют крыши и поля по всему миру, являются умеренно эффективными и оказывают незначительное воздействие на окружающую среду.
Все это изменится с появлением новых технологий, основанных на методах производства, использующих более токсичные химические вещества, в том числе наноматериалы. Солнечные модули нового поколения обладают большим потенциалом, но могут быть более токсичными, чем мы ожидаем.
Солнечные батареи, устройства, преобразующие свет в электричество, были заключены в различные покрытия для строительства солнечных дорог, тротуаров и велосипедных дорожек. Международная космическая станция и многие спутники также полагаются на эту технологию, а новые электромобили, такие как Tesla Cybertruck, предлагают бортовые солнечные модули для зарядки.
Солнечный компас был установлен в октябре 2017 года и является партнерством между Университетом Томпсона Риверс и компанией Solar Earth Technologies. (Майкл Мехта)
По оценкам Всемирного экономического форума, в 2018 году в течение следующих пяти лет во всем мире будет ежегодно устанавливаться 70 000 солнечных модулей.
По данным калькулятора, предоставленного Международным агентством по возобновляемым источникам энергии, в 2016 году в Канаде избегали использования солнечных фотоэлектрических батарей, что эквивалентно 2,1 млн. тонн углекислого газа.
Экологический след
Кристаллические кремниевые ячейки являются наиболее распространенной на сегодняшний день технологией, претендующей на 90 процентов мирового рынка. Анализ жизненного цикла показывает, что они обладают превосходными эксплуатационными характеристиками по сравнению с большинством других источников энергии.
Большинство коммерческих модулей имеют эффективность преобразования - доля солнечной энергии, которая преобразуется в полезную электроэнергию, - в 15-20 процентов.
Мета-анализ, проведенный Национальной лабораторией по возобновляемым источникам энергии США, показывает, что такие солнечные модули оказывают воздействие на окружающую среду, которое составляет менее половины атомной энергии и 28 процентов энергии, получаемой за счет угля.
Поддон кристаллических кремниевых солнечных модулей до установки. (Майкл Мехта)
Следующее поколение солнечных модулей обещает более высокую эффективность преобразования, более низкую стоимость и использование меньшего количества сырья для производства. Многие из этих новых типов модулей содержат высокотоксичные химикаты.
Солнечные модули нового поколения
Несколько видов тонкопленочных солнечных модулей доступны или находятся в стадии разработки. При их производстве используется около одного процента кремния, необходимого для изготовления кристаллического кремниевого модуля, но эффективность их преобразования находится лишь в пределах шести процентов.
Они гибкие, легкие и долговечные и могут наклеиваться непосредственно на изогнутые поверхности, в том числе на стекло, нержавеющую сталь или пластик. Однако они могут разлагаться быстрее, чем кристаллический кремний, что сокращает их срок службы.
Тонкопленочные кадмия-теллуридные модули являются второй по распространенности фотоэлектрической (ФЭ) технологией в мире. В настоящее время они занимают пять процентов мирового рынка. Они могут быть изготовлены быстро и недорого. Лабораторные испытания показывают эффективность их преобразования до 22,1%.
Химия этих модулей вызывает много беспокойства, так как кадмий является хорошо известным загрязнителем. Он может быть токсичен для человека, растений и животных.
Пленки, краски и покрытия
Органические пленки начинаются с рулона тонкого пластика. Фотоэлектрические соединения, включая наноматериалы, такие как фуллерены углерода, молекулярная форма углерода, затем растворяются в краске и наносятся на пленку.
Эти пленки могут применяться на фасадах зданий и подходят для капсулирования в стеклянных окнах в рамках процесса ламинирования. Такие пленки являются сверхлегкими, гибкими и могут быть изготовлены по индивидуальному заказу. Они в 20 раз легче, чем кусок офисной бумаги.
Несмотря на перспективность, тонкопленочные солнечные батареи в настоящее время химически и физически неустойчивы, что снижает их надежность и общий срок службы. Более низкая эффективность также означает, что для достижения эквивалентного производства энергии кристаллическими солнечными модулями требуется больше места.