РазноеКвант солнечные панели: АО «НПП «Квант» | Научно-производственное предприятие ракетокосмической отрасли

Квант солнечные панели: АО «НПП «Квант» | Научно-производственное предприятие ракетокосмической отрасли

Содержание

АО «НПП «Квант» | Научно-производственное предприятие ракетокосмической отрасли

АО «НПП «Квант» | Научно-производственное предприятие ракетокосмической отрасли

Наша компания изготавливает солнечные элементы и батареи


космического и наземного применения

— геостационарные платформы «Сисат», «Экспресс-АМ», «Казсат»


российский сегмент орбитальной станции МКС из модулей «Заря» и «Звезда»

Объем выпуска СБ не менее 400 кв.м. в год панелей космического применения


Односменная работа
Количество операторов не более 16 человек

  • К 105-летию рождения Лидоренко Н.С.

  • АО «НПП «Квант» – энергетика первого полета

  • Научно-технический и производственный потенциал

  • Основные направления деятельности

  • Космическая фотоэнергетика

    Фотоэлектрические генераторы космического назначения являются основным первичным источником электроэнергии космических аппаратов.

    Изготавливаются из фотоэлектрических преобразователей, создаваемых на базе ряда полупроводниковых материалов (кремний, арсенид галлия и др.) и располагаются на сетчатой или сотовой подложке.

  • Термоэлектрическое направление

    В этих устройствах используется эффект выделения тепловой энергии при прохождении постоянного тока через полупроводниковые материалы (эффект Пельтье).

  • Наземная фотоэнергетика

    В настоящее время в ОАО НПП «Квант», наряду с работами в области космической фотоэнергетики, ведутся работы по созданию высокоэффективных структур солнечных эле-ментов и модулей на их основе для наземного применения, а также исследования по повыше-нию КПД наземных кремниевых солнечных элементов.

На нашем сайте мы используем cookie для сбора информации технического характера и обрабатываем IP-адрес вашего местоположения. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies. ХорошоПодробнее…

АО «Научно-производственное предприятие «Квант». Все права защищены. © 2013-2021 г.

АО «НПП «Квант» — Обзор солнечных панелей российского производства – Ecosun

АО «НПП «Квант» — российское предприятие, которое занимается изготовлением солнечных панелей и электростанций как для бытового или промышленного, так и для космического применения. Помимо этого ассортимент компании включает и немало других технологических элементов. Предлагаем поближе познакомиться с этой компанией, так как она представляет собой одного из самых успешных игроков на российском рынке возобновляемой энергетики.

История появления

История компании «НПП «Квант» началась еще в 1919 году с изготовления батарей и гальванических элементов для нужд Красной Армии.

На протяжении нескольких десятилетий завод, основанный на базе небольшой частной мастерской, снабжал страну автономными источниками электропитания для самых разных областей науки и техники.

В период 1950-1987 г. генеральным директором организации был Николай Лидоренко — талантливый ученый, член Академии наук. Под его началом «Квант» (на тот момент называемый Всесоюзным НИИ источников тока) сильно развился и неоднократно получал ордена за успешный труд.

По состоянию на 2020 год «Квант» тесно сотрудничает с Роскосмосом, разрабатывает и выпускает следующие виды продукции:

  • наземные автономные фотоэлектрические системы, в т.ч. комбинированные разного назначения;
  • солнечные элементы и батареи космического применения;
  • химические одноразовые или многоразовые источники тока;
  • сильноточные и стандартные серебряно-цинковые аккумуляторы для применения в космосе и в море;
  • системы электрического привода для монорельсового и автомобильного транспорта;
  • термоэлектрические кондиционеры для ж/д и метро.

Компания успешно держится на плаву невзирая на все изменения и преобразования в политике, экономике, науке, и это свидетельствует о высоком запасе прочности, накопленном за годы работы.

Солнечные панели наземного применения

Хотя АО «НПП «Квант» по большей части позиционируется как компания, производящая технологические элементы для космоса, также выпускается и достаточно широкий ассортимент высокоэффективных наземных солнечных модулей. Регулярно проводятся исследования с целью дальнейшего повышения эффективности.

На текущий момент, благодаря технологии массового изготовления кремниевых элементов, КПД выпускаемых батарей доходит до 20%, а примерный срок службы устройств — 25 лет.

Примеры выпускаемых компанией модулей и их технические характеристики:

КСМ-180

  • Номинальная мощность — 180-185 Вт
  • Количество солнечных элементов — 72 шт
  • КПД — 17,8 %
  • Применяемые технологии — фотовольтаическое стекло 4 мм толщиной, рама из анодированного алюминия
  • Масса 16 кг

КСМ-205

  • Номинальная мощность — 205-210 Вт
  • Количество солнечных элементов — 72 шт
  • КПД — 19 %
  • Применяемые технологии — фотовольтаическое стекло 4 мм толщиной, рама из анодированного алюминия
  • Масса 16 кг

Солнечная энергетическая установка ФЭС-Тигр

Гибкая складная батарея, удобная для использования в полевых условиях. Способна вырабатывать энергию даже в отсутствие выраженных солнечных лучей. Невосприимчива к механическим повреждениям.

Технические характеристики:

  • Максимальная мощность постоянного тока — 1500 Вт
  • Емкость аккумуляторной батареи — 165 А-ч
  • Напряжение постоянного тока от батареи — 24 В
  • Применяемые технологии — трехкаскадный аморфный кремний

Термоэлектрические кондиционеры

Предназначены для кондиционирования воздуха, контроля и автоматического сохранения комфортной температуры в транспортном средстве.

Выпускаются в двух основных вариациях:

  • БТК (блочные). Основаны на преобразовании электрической энергии в тепловую путем прохождения тока через термоэлектрические батареи, в процессе чего на одной стороне ТЭМ тепло поглощается, на второй выделяется. Если полярность подаваемого тока меняется, то также меняются и стороны поглощения/выделения тепла. Этот показатель позволяет отнести БТК к разряду обратимых машин, что дает возможность обеспечивать нужную температуру в кабине машиниста без дополнительных приборов.
  • КТЛ (локального применения). Основан на аналогичном принципе, но имеет меньшие габариты и предназначен для кондиционирования некоторой локальной зоны.

Сроки службы данных устройств составляют примерно 10 лет. БТК показывают производительность холода и тепла до 4 кВт, КТЛ — до 0,18 Вт.

Другая продукция

«НПП «Квант» также изготавливает полноценные наземные автономные комплексы для производства возобновляемой электроэнергии.

Они включают в себя:

  • Комплекс солнечных элементов;
  • Системы управления и преобразования электроэнергии;
  • Накопительные аккумуляторы;
  • Опорные конструкции.

Комплексы отвечают действующим нормам и требованиям по электромагнитной совместимости электрических сетей и качеству электрической энергии.

В космической энергетике, помимо изготавливаемых «НПП «Квант» высокоэффективных солнечных модулей, используются также аккумуляторные батареи для снабжения специализированной аппаратуры энергопитанием.

Используются в том числе для проверки состояния трубопроводов, снабжения комплексных энергетических установок, подпитки внутритрубных инспекционных приборов. Поддерживают до 1000 циклов заряда и разряда.

Заключение

Выпускаемая заводом продукция положительно зарекомендовала себя в крупной и средней промышленности, а также в бытовых условиях (для организации домашних небольших электростанций). Внушительный срок работы предприятия (более 100 лет) и неизменная востребованность в сфере возобновляемой энергии говорят о том, что «Квант» занимает уверенное место в списке лидеров по России.

гораздо больше, чем доступно глазу. 100 рассказов о стыковке [Часть 2]

3.15   МСБ: гораздо больше, чем доступно глазу

Акроним СБ знает каждый российский космический специалист: он обозначает слова «солнечная батарея». Панели СБ содержат большое количество ФЭПов — фотоэлектрических преобразователей, которые генерируют электроэнергию при освещении солнечным светом. Это основной источник электрической энергии для КА.

Они, то есть СБ, достаточно легкие и простые, по идее. Это статические устройства, не имеющие подвижных частей. Пожалуй, у них есть только один главный недостаток: чтобы вырабатывать достаточно электроэнергии, обычно требуются СБ большой площади, часто превышающие габариты самого КА. Например, КК «Союз» имеет электростанцию с установленной мощностью приблизительно в 1 киловатт, площадь его панелей около 8 квадратных метров. Общая площадь панелей ОК «Мир» в 10 раз больше. Для международной космической станции (МКС) «Альфа» потребуются СБ почти в 500 раз большей площади. Отсюда характерный вид КА и кораблей: небольшой на вид аппарат с большими распростертыми крыльями — такой вот планер, парящий, как хищная птица. Некоторые думают, что эти корабли тоже летают на крыльях, как самолеты, отчасти так оно и есть. Но только отчасти, потому что заставить их летать намного труднее. Непросто также развернуть большие конструкции — такие как СБ в космосе.

До второй половины 80–х годов мне не приходилось разрабатывать солнечные батареи (СБ). Эта привилегия и одновременно тяжелое бремя лежали на плечах других конструкторов. Требовалось особое умение, профессиональные качества, а возможно, и что?то еще, чтобы довести такое большое дело до конца, до полета. Я бы сказал, что СБ — это типичная космическая крупногабаритная конструкция (КГК). Из?за больших габаритов и других особенностей этих конструкций невозможно до конца воспроизвести их работу на Земле в их окончательной конфигурации. В силу больших размеров они запускаются в космос в сложенном положении и развертываются уже на орбите, в невесомости. Механизмы развертывания являются типичными компонентами космической техники, их конструкция совсем не проста. Сконструировать, создать их надежными — дело весьма сложное, также сложно испытать их на Земле. В этой области, так же как при отработке стыковки, требуется воспроизводить невесомость в наземных условиях, разгружать раскрывающуюся, подвижную конструкцию. Однако эти разгрузочные устройства отличаются от стендов для отработки стыковки: панели СБ не только большие, но и слишком гибкие, что затрудняет разгрузку.

Такую непростую задачу поручили моей команде в конце 80–х годов. Требовалось создать СБ для очередного модуля ОК «Мир». Однако сложность заключалась не только в этом. Требовалось разработать МСБ, создать солнечную батарею, которая могла многократно разворачиваться и складываться в космосе, выполнять некоторые другие дополнительные функции.

Когда в начале 1990 года МСБ уже подготовили к полету, они — сложенные, компактные — выглядели небольшими и аккуратными, за их внешним видом скрывалось многое, что оставалось недоступным глазу стороннего наблюдателя. Аббревиатура МСБ, наряду со многими другими, прочно закрепилась в ячейках моей памяти и, как думаю, останется там до конца. О них, об этих МСБ, еще один рассказ, эта история, может быть, о самом сложном времени моей профессиональной карьеры.

Почему — об этом в рассказе.

Третий по счету модуль в отличие от двух предыдущих «Квантов» получил название «Кристалл», его основное назначение было технологическое: модуль содержал оборудование для изготовления различных материалов, в том числе для плавки очень чистых полупроводниковых кристаллов. Отсюда его название. Технологическое оборудование потребляло большое количество электроэнергии, поэтому проблема электроснабжения приобрела дополнительную актуальность. Для работы электропечей «обычных киловатт» стало недостаточно, и новый модуль снабдили батареями повышенной мощности. Однако не только увеличенные размеры отличали эту конструкцию от обычных СБ. В силу ряда обстоятельств их концепция и конструкция оказались принципиально новыми, а процедура использования более сложной и необычной.

Несколько причин заставляли работать над тем, чтобы обеспечить многоразовое развертывание и складывание. Дело в том, что крестообразная конфигурация «Мира», рациональная в компоновке и сборке, неблагоприятна в части расположения СБ. Панели модулей могут затеняться и даже мешать друг другу. По этой причине уже на начальном этапе работ на первом модуле «Квант» предусмотрели специальное место для размещения МСБ и даже установили электрические проходные разъемы, чтобы подключить их к единой системе электропитания. Солнечные батареи «Кванта» — те, которые использовались в автономном полете до стыковки, — оказались потерянными вместе со служебным отсеком. Этот отсек в отличие от последующих модификаций модулей был отброшен, чтобы освободить задний стыковочный причал.

На «Кристалле» установили также два дополнительных привода ориентации солнечных батарей — с тем чтобы вместе с МСБ перенести их на «Квант». Эту непростую операцию предстояло выполнять космонавтам в открытом космосе, одетым в герметичные скафандры. В действительности это произошло только через десять лет.

Раскрытые МСБ перенести невозможно, они слишком большие, поэтому их надо сначала сложить: вот для чего потребовалась многоразовость. Масса переносимого груза превышала 500 килограмм, и справиться с ней человеку в скафандре, даже в невесомости, совсем непросто. Хотя груз ничего не весит, его инерция такая же, как на Земле, эту массу нужно и разгонять, и останавливать, а работать космонавту приходится в безопорном пространстве. Чтобы облегчить эту операцию, а расстояние между старым и новым местами установки батарей около 40 метров, разработали так называемую грузовую стрелу — космический кран. Эта разработка оказалась также необычной, поэтому подробности о ней — в отдельном рассказе.

Идея многоразовой СБ зародилась в НПО «Энергия» давно, и не только у нас. В нашем КБ делалось несколько попыток разработать МСБ с разными конструктивными схемами. Проектировались так называемые рулонные батареи на основе пленок с фотоэлементами: пленка сматывалась в рулон, а разматывалась при помощи раздвижной фермы. Однако дальше «бумаги» проект не продвинулся, а Филевское КБ «Салют», имевшее большой опыт по созданию СБ, разработало удачную конструкцию, которую отработали и доставили на ОК «Мир» в 1987 году. Ее развернули космонавты Ю. Романенко и А. Лавейкин, и она до сих пор не только дополняет внешний облик станции, но и продолжает снабжать ее электроэнергией. В США провели эксперимент по развертыванию макета СБ в одном из полетов Спейс Шаттла. Эту конструкцию было намечено использовать при создании международной космической станции. В Европе, в голландской фирме «Фоккер», с которой мы стали вместе работать по космической робототехнике, также создали СБ многоразового развертывания. Однако в отличие от нашей МСБ ее конструкция рассчитана для полета на беспилотных спутниках. Существенная разница заключалась в том, что нагрузки, действующие на конструкцию, существенно меньше, чем на пилотируемых станциях.

Дело вот в чем. Мне уже пришлось рассказывать о том, что на пилотируемых орбитальных станциях конструкция подвергается длительному и интенсивному на–гружению. Имеется три основных источника этих нагрузок: система управления ориентацией, физические упражнения космонавтов и воздействия при стыковке космических кораблей. Нагрузки особенно возрастают, если частота нагружения совпадает с собственной частотой колебаний элементов станции, тогда возникает резонанс. Особенно страдают протяженные нежесткие элементы. Именно такими являются солнечные батареи. Даже если напряжения не слишком велики, за годы полета число циклов нагружения становится таким большим, что может наступить усталость материалов. В связи с этим следует остановиться на том, с какими испытаниями нам пришлось иметь дело и какие испытательные стенды требовалось создать.

Мы спроектировали и построили несколько больших громоздких стендов, которые обеспечили функционирование МСБ, ее развертывание и складывание на всех этапах отработки. Потребовалось даже подыскивать высотное помещение для того, чтобы разместить эти стенды. Несмотря на большие габариты, часть этих стендов сделали портативными, переносимыми для испытаний в вакууме, в термобарокамерах, при повышенных и пониженных температурах. Нашлась лишь одна такая термобарокамера, которая вместила МСБ вместе со стендом. Она находилась не так далеко от нас, за городом, который тогда называли Загорском. Мы называли ее загорской барокамерой, хотя она находилась не за горами.

Циклические динамические нагружения, проверку усталостной прочности пришлось также проводить на стенде, который обеспечивал обезвешивание каждой панели будущей солнечной батареи. Этот стенд изготовили у нас, а сами испытания проводили в ЦНИИМаше.

Все испытания МСБ развернулись позже, а в 1988 году нам еще предстояло выбрать концепцию будущей конструкции.

В конце концов, рассмотрев различные варианты, приняли решение создавать МСБ, используя ферму, разработанную в киевском институте электросварки (ИЭС), работавшем под руководством Б. Е. Патона. Экспериментальная 15–метровая ферма к этому времени успела слетать в космос в качестве прикладного технического эксперимента; она была развернута и сложена на ОС «Мир» в начале года. Настоящую разницу между экспериментальной конструкцией и служебной, действующей системой вскоре осознали все — и московские экспериментаторы, и киевские специалисты полтора года спустя, в разгар работ по МСБ. Однако вначале это понимали далеко не все, а некоторые не хотели понимать. Не раз в течение моей инженерной карьеры приходилось слышать в подобных ситуациях, когда существовали лишь экспериментальные образцы, заявления типа: «у них все готово» или «там нечего делать». На практике это оборачивалось тяжелым трудом — отработкой и изменениями, испытаниями и квалификацией. С МСБ было именно так.

Вначале работа разворачивалась сравнительно медленно, можно сказать, планомерно. Мои конструкторы под руководством Е. Боброва сделали общую компоновку, увязав киевскую ферму с основной конструкцией, разработали отдельные компоненты, спроектировали сами панели с фотоэлементами. Автоматчики В. Живоглотова разработали авионику для управления механизмами фермы, на которые установили привода группы Ю. Турбина. Производство начало разворачиваться тоже не спеша. Это был период, когда завод был перегружен работами по нескольким большим темам: по ОС «Мир» со всеми его кораблями и модулями, продолжались работы по РН «Энергия» и кораблю «Буран». Несбалансированные планы изготовления сплошь и рядом не выполнялись. Руководство завода не справлялось с заказами. Чтобы расставлять и контролировать приоритеты, еженедельно генеральный директор НПО «Энергия» В. Вачнадзе проводил так называемые заседания штаба, где «гонял дефицит», даже — отдельные узлы и детали, которые оказывались на критическом пути. Штабу периодически помогали парткомы и выездные коллегии министерства. Министерство отряжало своих чиновников для постоянного контроля. Одним словом, контролеров и координаторов было в избытке.

Настоящей координации это помогало не очень эффективно. Действенные решения принимались начальниками производств и цехов да старшими мастерами вместе с начальниками конструкторских подразделений.

В тот период мы оказались на самом критическом пути. Ведь речь шла о комплектации модуля «Кристалл», без которого не могла продолжаться программа ОС «Мир». К концу лета 1989 года первый отработочный образец МСБ было собран, и начались первые испытания.

В конце августа я находился в отпуске и проводил время у себя на даче. Стояла теплая, тихая погода, впереди еще оставалось недели полторы свободного времени. Неожиданно появился гонец из НПО и сказал, что Е. Бобров очень просил позвонить. «Срочно приезжай — ферма не работает», — сообщил Евгений по телефону. Я уехал с дачи на работу после обеда, как думал — на пару часов. Тогда трудно было даже предположить, что я вернусь туда только на будущий год. Начиналась лихая осень 1989 года.

По трудности, по многообразию и масштабности проблем, по напряженности обстановки и прессингу руководства, по срочности задания и продолжительности этапа это был, пожалуй, самый напряженный период в моей инженерной деятельности. Не для красного словца могу сказать, что с того августовского дня до конца января следующего 1990 года у меня не было ни одного выходного дня, ни одной свободной субботы, ни воскресенья. Ежедневно требовалось приезжать в КБ, а чаще — на завод или к нашим смежникам в Загорск в 100–метровую барокамеру, в НПО «Квант» — изготовитель ФЭПов или в НПО «Композит», который помогал в производстве элементов из композитных материалов. Не знаю почему, но этот период с августа по январь я сравнивал с тем же периодом 45 летней давности 1944–1945 годов, когда советская Красная армия стояла на подступах к Варшаве и почему?то не могла захватить столицу Польши.

В тот период требовалось решать много технических и организационных проблем, которые непрерывно возникали в работе с различными узлами и компонентами этой большой многодельной конструкции. Все же основные трудности, которые мы тогда испытали, были связаны с АРСом — агрегатом развертывания и складывания (фермы) и его разработчиками из Киева. В трудные минуты, в период тяжелых испытаний, как во время войны, раскрывалась сущность каждого человека. В то трудное время не все оказались стойкими — как среди москвичей, так и в составе киевлян. Однако одно дело, когда слабость проявлял рядовой, отдельный солдат, и совсем другое, если таким оказывался командир, руководитель. С нашими москвичами было проще, такие люди просто отходили в сторону. К сожалению, командир киевлян, начальник ведущей лаборатории, оказался не на высоте, но номинально продолжал командовать отрядом. Как рассказывал мне несколько лет спустя А. Загребельный, стойкий и активный участник этих работ, Б. Патон, директор ИЭС и выдающийся руководитель украинской науки и техники, не всегда подбирал себе достойных помощников, не всегда — по их деловым качествам: большим людям свойственны маленькие слабости.

Жаловаться было некому: Ю. Семенов запрещал трогать киевлян. Требовалось исправлять общие беды. Проблемы АРСа, конструкция которого считалась отработанной в космосе, по–настоящему проявились тогда, когда ферма стала испытывать настоящую нагрузку, когда стали раскрывать настоящие панели с фотоэлементами. Особенно это проявлялось при испытаниях в термобарокамере при низких температурах, на морозе при минус 50°С. Для нашей электромеханики испытания в таких условиях всегда оказывались критическими. Опыт показывал: если механизм работоспособен при экстремальных температурах, он почти наверняка сработает в нормальных условиях. Поэтому мы всегда старались подвергнуть наши детища таким проверкам, а заодно закалить их.

Непростой механизм раскрытия фермы АРС, сконструированный киевлянами хитроумно и изобретательно, был хорош для эксперимента, для демонстрации. При настоящих проверках он пополз: не хватало жесткости основания, прочности элементов, несущей способности. Жесткие сроки не позволяли даже думать о коренных переделках.

Однако положение оставалось настолько острым, что где?то в середине октября было принято решение готовить запасной вариант — разворачивающуюся ферму, которую разрабатывала другая группа талантливых украинских инженеров из города Харькова. Через шесть лет эта новая ферма все же полетела в космос, но это было уже другое время.

Общими усилиями наших конструкторов и киевлян мы принялись лечить конструкцию АРСа. Положение усугублялось тем, что параллельно с отработкой начались квалификационные испытания и изготовление летных механизмов. В ноябре приняли решение, беспрецедентное для ракетно–космической техники, оно давало право конструкторам НПО «Энергия» выпускать извещения на изменения киевских чертежей, а новые детали и доработку механизмов выполнять персоналу нашего завода ЗЭМ. Киевляне, которые официально отвечали за техническую документацию и были изготовителями всей продукции, лишь согласовывали эти извещения. Время от времени из Киева приезжали представители ОТК и заказчика (военного представительства) для контроля качества доработки их продукции. Ни до ни после мне не приходилось участвовать в таких грубых нарушениях установленного порядка изготовления и отработки, распределения ответственности при создании РКТ.

В новом корпусе цеха ЗЭМа, на 5–м этаже бытовок — помещений для инженерно–технического персонала — в кабинете начальника сборочного производства А. Андриканиса, чаще всего под его председательством, ежедневно в 16 часов, включая многие субботы и воскресенья, на протяжении 4–5 месяцев проходили оперативки, оперативные совещания. В дополнение к основному составу: нас, основных разработчиков, руководителей и мастеров головного цеха — по мере необходимости приглашались специалисты из других подразделений КБ и завода. Число приглашенных доходило порой до 50 человек, а в общей сложности, на них побывало полсостава НПО и завода, а также представители смежных организаций Москвы, Киева и других городов.

Чтобы улучшить координацию, нам придали офицера штаба от службы главного конструктора. Ю. Григорьев (впоследствии ставший заместителем генерального) — классический ведущий, оперативный, с прекрасной памятью и хваткой, в то же время коммуникабельный и лояльный. Мне с Юрием Ильичем пришлось много работать вместе по разным проектам, но осень 1989 года, наверное, осталась и в его памяти как одно из самых суровых периодов нашего общего дела.

Мы создавали и отрабатывали не один АРС, ведь МСБ состояло не только из фермы. Солнечная батарея — это прежде всего панели с тысячами фотоэлементов. Тогда впервые их сконструировали оригинально, к тому же применив так называемые композитные материалы (на основе углеродных нитей, многие характеристики которых превышали характеристики сталей). Эти самые фотоэлементы, ради которых городился весь огород, тоже впервые имели увеличенную размерность, а с ней повысился КПД и появились другие преимущества. Новый механизм крепления и фиксации позволял космонавтам в открытом космосе, в скафандрах демонстрировать и повторно устанавливать МСБ, разъединять и соединять снова электроразъемы, вмещавшие в общей сложности около тысячи электрических цепей для передачи электроэнергии, для управления и контроля. Специальные пиротехнические устройства зачековки предохраняли всю 500 килограммовую конструкцию с пакетом хрупких панелей от всех нагрузок и перегрузок на активном участке, в полете на РН. Разветвленная сеть электрических кабелей с паутиной проводных коллекторов снимала электричество с почти 15–ти тысяч фотоэлементов. На МСБ установили температурные датчики и электрические нагреватели, на всякий случай, для того чтобы отогреть самые нежные части системы в холодное время на орбите. Наконец, авионика, электронные приборы управления, объединяли все вместе в единую систему, которая обеспечивала взаимодействие ее отдельных частей, выполняла все операции в правильной последовательности, в нормальных и резервных режимах, сначала при проверках на Земле, а потом — в космосе.

Не помню, кто из классиков сказал, что если хочешь в жизни многое совершить, перегружай себя сверх предела. Иногда мне кажется, что я стал следовать этой заповеди до того, как она попалась мне на глаза. По крайней мере, осенью 89–го она уже работала вовсю. В середине декабря истекал срок представления технических предложений (ТП) на конкурс «Колумбус 500». Мы очень серьезно отнеслись к этому всемирному призыву, подробнее этот проект описан в рассказе «Под солнечным парусом к Новому Свету». К этому времени наша оригинальная концепция солнечного парусника полностью сложилась, требовалось написать и оформить ТП на русском и английском языках. Времени оставалось совсем мало. Хочешь делать быстро — делай сам, — другая заповедь, к которой приходилось не раз прибегать в жизни. Писать приходилось в электричке, это уже стало привычкой. Но одного часа в день было уже недостаточно. Приходилось выкраивать другие часы. Между отдельными испытаниями на наших высотных стендах и ЭУ (экспериментальная установка) возникали продолжительные промежутки времени на подготовку, на рутинные операции. В вечерние и в ночные часы огромный цех ЗЭМа становился безлюдным, там было много свободных углов со столами и телефонами — на всякий случай, где можно было дописать очередной параграф. К 14 ноября, за два дня до установленного срока, полный пакет ТП был готов и с нарочным улетел за океан.

Солнечная батарея не перешла дорогу солнечному парусу. Проблемы возникли позже и, как всегда, не там, где их ожидали.

В критические моменты, когда ситуация обострялась, Ю. Семёнов, зорко следивший за ходом работ, собирал короткие, но энергичные совещания. Обстановка заседаний была всегда, мягко говоря, напряженной, но надо признать, что решения принимались в основном правильные. В холодный ноябрьский день, во время такого совещания в открытую форточку залетела синица, попав между оконными рамами. «Надо помочь, птичку жалко, позовите кого?нибудь», — разволновался генеральный. Мы с Е. Бобровым до сих пор не забыли эту фразу и вспоминали ее не раз по поводу и без него. Ни тогда, ни до, ни после нас жалеть было некому, да нам и не требовалось этого. Чего нам не хватало, так это человеческого отношения, нормальной оценки упорного труда и преданности делу.

Так получилось, что второй раз в критический период своей деятельности меня повысили, назначили на следующую должность. Ровно 12 лет назад, осенью 1977 года, когда работала аварийная комиссия по неудачной стыковке «Союза-25», меня назначили начальником отдела. На этот раз Ю. Семёнов предложил мне руководить самостоятельным отделением. Это был одновременно акт доверия, поощрения, а еще больше направлялся на повышение ответственности и морального духа, который был подорван изнурительной работой. Говоря откровенно, это был для меня пиковый период, усугубленный личными нападками. В такие периоды приходит момент, когда становишься безразличным к настоящему и будущему. Такой момент наступил, и мне не оставалось ничего другого, как дать понять: идите вы все… подальше. В тот момент я не играл, а был исчерпан и настроен решительно.

Дополнительным поводом для организации самостоятельного отделения послужило развертывание работ по протезам для инвалидов, создание которых поручили НПО «Энергия» в плане начавшейся тогда конверсии. Протезы — это тоже механизмы, а значит — наша специальность. Я согласился, единственным моим условием было вернуть нам из большого парткома В. Павлова — моего и О. Розенберга воспитанника, его назначили заместителем моего нового отделения. Раздел со старым отделением В. Кудрявцева прошел удовлетворительно, если не считать отдельных вспышек ревности. Может быть, следовало вернуть лабораторию «Конус», но это потребовало бы еще больших затрат нервной энергии. В то время никаких резервов у меня не оставалось.

С этого момента, так же как 12 лет назад, я остался один на один со своими проблемами, на этот раз с МСБ, перестыковкой, запланированной на следующий месяц, всеми другими системами и заботами. Назад пути не было! К концу ноября мы завершили большую часть отработочных испытаний, отладили все крупногабаритные и менее габаритные стенды: и киевский горизонтальный, и вертикальный — в цехе ЗЭМа, и оперативный, обеспечивавший частичное раскрытие в любом месте, и портативный — для большой ТБК. Все это оборудование в последующие месяцы было необходимо для квалифицированных испытаний и для контрольных проверок летных МСБ.

В ноябре, 26–го числа, запустили на орбиту модуль «Квант-2». Он стал первым из боковых модулей, через две недели его пристыковали к ОС «Мир», сначала к осевому причалу ПхО, а затем перестыковали к боковому. Перестыковка подробнее описана в следующем рассказе под названием «Как часовой механизм». Это был настоящий успех нашей техники, наш общий большой успех.

Следующим на очереди был модуль «Кристалл», все было готово, не хватало лишь солнечной электростанции, наших МСБ. Все взгляды обратились на нас. Это считалось почетным.

Не могу не удержаться, чтобы не рассказать о необычном эпизоде, о цепочке происшествий, которые случились со мной в ноябре 1989 года и которые непосредственно связаны с описываемыми событиями.

Последние испытания в загорской (на самом деле находящейся в небольшом городке под названием Новостройка, что в 15 километрах за Загорском, нынешним Сергиевым Посадом) термобарокамере на морозе, при температуре минус 50 С, закончились под утро. Подведение итогов заняло еще полдня. Мы решили пообедать в городском кафе, а заодно отметить промежуточный успех. Поговорив, как принято, о своем деле, о себе и о начальстве, стали расходиться. Разъезжались поодиночке. Была уже суббота, служебный автобус ушел, а дежурной машины не оказалось. Я пошел на городской автобус; один ушел из?под самого носа. Купив билет в кассе, я расположился на скамейке; через открытую дверь было видно, как подходили машины. Вынув из сумки рукопись техпредложений на солнечный парус, я некоторое время писал, пока не задремал, держа рукопись на коленях. Почувствовав движение, открыл глаза и увидел стоявший автобус, в который влезали последние пассажиры. Сгребая бумаги с колен, побежал и успел вскочить в переднюю дверь, даже нашлось свободное место. В пути продолжал еще что?то писать, наконец, автобус подъехал к вокзалу. Как будто что?то толкнуло меня: а где сумка, ведь там все документы, пропуск, ключи от квартиры, еще что?то ценное. Что делать? Назад! Бросился к отходившей машине на Новостройку.

Было уже около 4 вечера; а в ноябре темнеет рано, на автобусной станции почти никого не было, скамейка — пуста, а касса закрыта. Почему?то я снова вскочил в отходивший автобус, который, как потом выяснилось, шел в другую сторону. Проехав некоторое время, почему?то решил пройти к задней двери и заметил женщину, которая пристально на меня смотрела. Это заставило меня остановиться. «Вы не оставили сумку на остановке? — спросила незнакомка. — Я вас узнала по фотографии на пропуске, мы оставили ее в кассе».

Наспех поблагодарив свою добрую фею и записав на всякий случай ее адрес, опять бросился назад, в Новостройку. Где найти кассиршу? Кто?то послал меня в автобусный парк: в маленьком городе многие знают друг друга, диспетчер тоже что?то знал. Поиски продолжались через весь город: Дом культуры, улица Космонавтов, дом № 40, потом № 38, подъезд № 2, потом № 3, 3 й этаж, потом 2 й, квартира № 30, потом — № 29. Наконец, вот она, моя кассирша, лежавшая в постели после двухсменной работы (у нее заболела сменщица). Сумка? Была, но она — в кассе. А женщина — «без ног» — не пойду. С трудом уговорил ее мужа, на вид мрачного пожилого мужчину. И вот, наконец, злополучная сумка снова в моих руках, с ключами и документами. Было около 9 часов вечера, а ближе к полуночи усталый, но счастливый, я был уже дома, на своей «Маленковке», и открывал дверь своими ключами (жена ночевала на даче). На следующий день было воскресенье — новый трудовой день.

В конце концов, все когда?нибудь заканчивается. Закончились и испытания МСБ, завершилась отработка. В конце января 1990 года доработали и подготовили летные МСБ. Провели заключительные приемо–сдаточные испытания: опять — холод, тепло, вибрации, последнее полное раскрытие у нас в Подлипках, подсветка искусственным солнцем, и вот они готовы в последний наземный путь — на полигон, где их давно поджидал модуль «Кристалл».

Я попал на полигон в марте, там уже находились Е. Бобров и Э. Беликов. «Кристалл» готовился на 95 й площадке, в МИКе, насквозь продуваемом весенними холодными ветрами. Вместе с испытателями, ответственными за интегральные проверки кораблей и станций, мы еще раз проверили нашу систему. С этой целью провели испытания сначала на удлинителях — длинных технологических кабелях, развернув их полностью на горизонтальном стенде и засветив последний раз земным солнцем. Затем поочередно установили их на место, раскрыв в заключение еще раз, насколько это позволила сделать земная тяжесть, получилось всего 2–3 панели. Чтобы испытать вторую МСБ, пришлось прокрутить весь 20 тонный модуль на 180 градусов. Только после этого окончательно сложили и зачековали, можно сказать, спеленали наших крупногабаритных первенцев. Н

На этом модуле, тоже готовые к полету, стояли еще два наших первенца — андрогинные двойняшки АПАС-89. Их разместили в передней части «Кристалла», недалеко от МСБ. Пять лет спустя нам пришлось не раз вспоминать об этом соседстве и принимать меры, чтобы развести их подальше друг от друга, ликвидировать их запланированную несовместимость.

В задней части модуля, как всегда, торчал штырь стыковочного механизма, которому предстояло пристыковать «Кристалл» к «Миру». Как известно, пушки к бою едут задом. Сбоку на стыковочном агрегате примостилась «лапа», неуклюжий на вид манипулятор–перестыковщик, система, готовая совершить уже второй полет.

Все железо было готово. Что приготовила нам судьба? В космос — это всегда полет в неизвестное.

Снова на полигон мы прибыли в мае, на этот раз на пуск. Примерно за неделю до старта, как всегда, проводились заключительные операции с системой стыковки: последняя проверка штыря, чистка головного обтекателя. Наконец, все люки и крышки закрылись, оставалось только ждать.

Прошло еще несколько дней. В соответствии с давно заведенным порядком состоялось заседание технического руководства и Государственной комиссии. Главные конструкторы всех систем модуля доложили о готовности к полету, о завершении отработки. На этот раз мне пришлось докладывать сразу по четырем системам: двум системам стыковки, манипулятору–перестыковщику и МСБ. Вопросов задавали много.

Старт был запланирован на 3 часа утра. Приехали и спустились в бункер недалеко от стартовой площадки около 10 часов вечера. До пуска оставалось 5 часов, боевой расчет занимался подготовкой ракеты и полезной нагрузки — нашего общего кристального модуля. Мы, разработчики, слонялись без дела, время текло очень медленно, но стрелки часов все?таки двигались.

Пуск прошел нормально, «Кристалл» вышел на расчетную орбиту. Началось раскрытие элементов конструкции. Наконец, очередь дошла до нас. Телеметрия с орбиты в бункер не поступала, вся информация — только в ЦУПе. Еще несколько мучительных минут ожидания. Наконец, по телефону пришло первое радостное сообщение: по жесткой временной программе прошла команда, и обе МСБ раскрылись в первое промежуточное положение. Это значит, на пять метров — в каждую сторону, т. е. двадцать пять квадратных метров фотоэлементов уже осветились Солнцем, это почти три киловатта мощности: можно жить.

Когда вышли из бункера, было совсем светло, над нами тоже взошло Солнце. Еще один час прошел значительно быстрее, и снова мы в бункере: надо ждать новых сообщений. На втором витке, уже по радиокоманде с Земли, батареи открылись во второе промежуточное положение, до 10–метровой отметки: вот теперь можно окончательно расслабиться и поспать пару часов перед самолетом.

Через несколько дней мы — уже в ЦУПе, собрались ближе к полуночи, а ранним утром — стыковка модуля «Кристалл» к ОС «Мир».

Теперь мы увидели его в первый раз на своих телевизионных мониторах после того, как проводили на космодроме Байконур. «Квант» летел с распростертыми 10 метровыми крыльями МСБ на фоне бегущей внизу Земли, и все, кто был тогда в Центре управления полетом в подмосковном Калининграде 10 июня 1990 года, стали участниками этого события. Эта картинка на фоне кадра бортового компьютера передавалась при помощи телевизионной камеры, установленной на ПХО станции «Мир». Расстояние медленно, но непрерывно сокращалось — 200, 20, 1 м, наконец, — касание: видно, как качнулись нежесткие фрагменты панелей, часть из них попала в телевизионный кадр.

Это рассказ об одной из наших систем. Еще раз надо сказать о тех людях, которые сделали это дело, и которые посвятили космической технике свою жизнь. Следовало привести длинный список всех моих товарищей, кто внес свой вклад в общее большое дело, кто был вместе дни и ночи, кто проявил себя профессионально на высоте и оказался морально стойким. Это, прежде всего конструкторы из отдела Б. Чижикова: Е. Бобров и И. Обманкин, И. Каверина и И. Еремченко, Ю. Турбин и С. Рязанова, Р. Тюкавин и Л. Архипенко, это наш главный расчетчик С. Темнов и главный электромеханик О. Розенберг, — это автоматчики из отдела В. Живоглотова: Б. Вакулин и Н. Феклюнин, это динамики и испытатели Э. Беликова. Я не смог назвать многих достойных и преданных, и чувствую, что после буду жалеть об этом.

Под тем же названием «There are much more to it than meet eyes» была опубликована моя статья о МСБ в журнале AIAA Aerospace America в марте 1992 года. В статье рассказывалось в основном о том, что было скрыто за внешними формами этой традиционно большой, но все же необычной космической конструкцией. Здесь я постарался дополнительно рассказать о том, как мне и моим товарищам достались и эти большие размеры, и новые качества, и жесткие условия земного космоса.

Первый читатель этого рассказа сказал мне: «Так не бывает, так не работают». Но так было на самом деле со мной и с моими товарищами в конце 80–х годов. В рассказе ничего не придумано, не прибавлено. Это — все с нами, тоже — на всю оставшуюся жизнь!

Чувствую, что рассказ о многоразовых СБ тоже оказался длинным, он затянулся, на сей раз эмоции захлестнули мою рациональную натуру. Поэтому продолжение о МСБ, о второй половине их жизни на орбите, не менее трудной, — в следующей главе.

Солнечные батареи в России: производство и производители

Альтернативная энергетика становится все более популярной и востребованной, в том числе и в нашей стране. Однако до недавнего времени солнечные батареи в России были представлены в основном продукцией американских, китайских и немецких компаний. Тем не менее, за последние годы ситуация достаточно ощутимо изменилась и отечественные производители начали завоевывать рынок, в том числе и международный.

На сегодняшний день в России существует несколько крупных компаний, производящих солнечные модули. Причем два из них, «Солнечный ветер» и «СоларИннТех», предлагают и готовые типовые решения для независимых гелиосистем. Остальные же специализируются только на производстве и реализации фотопанелей.

Качество всех модулей примерно одинаково и фактически не уступает импортным аналогам. Стоимость же модулей может варьироваться в зависимости от того, какую ценовую политику ведут заводы и какие комплектующие они используют. Также цены на солнечные батареи российского производства зависят от наличия у фирмы собственных производственных линий. Иными словами, от того, производит ли компания сама исходные элементы или же занимается лишь сборкой, закупая исходники за рубежом.

«Квант» (г. Москва)

НПП «Квант» занимается не только производством, но и разработкой солнечных модулей. Это единственная фирма среди российских производителей, изготавливающая продукцию для космической отрасли. Модули «Квант» устанавливаются на орбитальных спутниках и космических станциях, что лишний раз подчеркивает качество изделий и потенциал предприятия.

Также «Квант» выпускает принципиально новые решения и для бытового использования, в частности складные фотобатареи, панели на струнных или сетчатых подложках и солнечные батареи с двусторонней поверхностью. Продукция предприятия отличается привлекательной стоимостью в сочетании с очень высокими удельными энергохарактеристиками и минимальной деградацией в ходе эксплуатации.

«Солнечный ветер» (г. Краснодар)

Российские солнечные батареи от компании «Солнечный ветер» — одни из немногих, известных за рубежом (марка Solar Wind признана на международном рынке). У предприятия есть имеются собственные производственные мощности, в работе используются главным образом импортные комплектующие.

Причем «Солнечный ветер» предлагает не только отдельные гелиомодули, но целые готовые проекты независимых домашних энергостанций. В активе компании – множество успешно выполненных проектов, причем как в России, так и в других странах.

«Телеком-СТВ» (г. Зеленоград)

Это предприятие занимается производством фотоячеек и солнечных батарей, а также разрабатывает и изготавливает оборудование для их выпуска. Кроме того, фирма проектирует и монтирует солнечные электростанции автономного энергоснабжения. На счету фирмы целый ряд запатентованных технологий и инженерных решений, которые активно реализовываются в гелиомодулях.

Причем компания выпускает не только бытовые энергосистемы, она также разрабатывает проекты для городской инфраструктуры. К примеру, автономное освещение парков, придомовых территорий и т.д.

Рязанский ЗМКП (г. Рязань)

На заводе металлокерамических приборов, расположенном в Рязани, разрабатывают и производят широкий спектр солнечных модулей, а также сопутствующую электронику. Фирма выпускает инверторы и контроллеры, использование которых необходимо в гелиостанциях. В ассортименте компании представлены солнечные батареи на монокристаллах мощностью 8-100 Вт. Они устанавливаются в бытовых системах и на объектах городской инфраструктуры.

Выпускает предприятие и мини-панели мощностью 3,5-5 Вт для портативных зарядок и мелкой электроники. Продукция этого завода очень доступна, купить ее можно по вполне демократичным ценам.

«Хевел» (г. Новочебоксарск)

Это предприятие занимается главным образом сбором солнечных батарей. Специализируется оно на работе с тонкопленочными изделиями и функционирует под эгидой ГК «РосНано» и «Ренова». Фотомодули выпускаются по швейцарской технологии Micromorph (на базе аморфного кремния). Патент на эту технологию принадлежит компании Oerlikon Solar.

Кроме того, «Хевел» выступает соучредителем расположенного в Санкт-Петербурге научно-технического центра. Этот центр входит в проект «Сколково». На базе центра созданы экспериментальные производственные мощности, предназначенные для обкатки технологий. При успешной реализации они внедряются на линиях «Хевел». Главная особенность этого производства – использование нанотехнологий и микрокремния.

«Сатурн» (г. Краснодар)

Предприятие «Сатурн» разрабатывает и производит фотомодули на пленочных, струнных, металлических и сетчатых каркасах. Кроме того, в активе фирмы – собственная запатентованная технология изготовления кремниевых фотоячеек. Российские солнечные батареи «Сатурн» выпускаются на германиевых подложках и многопереходных арсенид-гелиевых элементах. Благодаря этому они отличаются достаточно высоким КПД.

«СоларИннТех» (г. Зеленоград)

Фирма разрабатывает и выпускает солнечные модули и контроллеры заряда, занимается проектированием автономных гелиосистем. Продукция компании предназначена и для бытовой сферы, и для городской инфраструктуры (уличное освещение, парки, дворы и т.д.). Кроме того, предприятие реализует и комплектующие для солнечных батарей и автономных систем.

НПП «Квант» исполнятся 95 лет! Поздравляем!

31 января 1919 г. по решению Главного военно-инженерного управления Красной Армии в Москве было организовано предприятие по разработке и производству гальванических элементов и батарей.

Весной 1958 г. в КВАНТе была подготовлена солнечная батарея, мощностью несколько десятков ватт, которая и была установлена на борту искусственного спутника Земли ИСЗ-3, выведенном на космическую орбиту 15 мая 1958 г. 

Сегодня  НПП КВАНТ занимает весомые позиции в сфере разработки и изготовления солнечных элементов на основе различных полупроводниковых материалов. В сфере солнечной энергетики компанией сегодня ведутся работы по трем основным направлениям:

  • созданию высокоэффективных солнечных батарей на основе монокрнсталлнческого кремния;
  • создание многокаскадных высокоэффективных солнечных батарей с использованием полупроводниковых материалов на основе систем InGaP/InGaAs/Ge (индий-галий-фосфор/индий-арсенид галлия на германии),
  • создание гибких тонкопленочных солнечных батарей на основе аморфного кремния с максимальной удельной энергомассовой характеристикой и минимальной стоимостью.

Все эти направления используются как для космических, так и для наземных применений. В линейку продукции также входят: автономные термоэлектрические генераторы электричества, использующие любые источники нагрева; термоэлектрические устройства запуска двигателей внутреннего сгорания в условиях Севера; комбинированные системы автономного электропитания для труднодоступных районов и многое другое.

Солнечные батареи, разработанные НПП «Квант», применялись на орбитальных станциях серии «Салют», «Мир», автоматических межпланетных аппаратах и станциях серии «Венера», «Марс», «Фобос», автоматических самодвижущихся аппаратах «Луноход-1», «Луноход-2». Предприятие участвовало в космических программах «Восток», «Космос», «Энергия-Буран», «Молния», «Радуга», «Горизонт», «Луна», «Союз-Аполлон», «Вега», «Интербол», «Бхаскара», «Ариабата», «Интеркосмос» и ряде других.

В настоящее время НПП «Квант» участвует в реализации следующих программ в области космической фотоэнергетики:

  • российский сегмент орбитальной станции МКС с солнечными фотопреобразователями с двусторонней чувствительностью,
  • геостационарные платформы «Сисат», «Экспресс-А», «Экспресс-АМ», «Казсат»,
  • космические аппараты для дистанционного зондирования Земли и метеорологии «Монитор-Э», «Метеор-3» и другие. К настоящему времени предприятием разработано и изготовлено более 2000 солнечных батарей для космических аппаратов.

Однако развитие космонавтики не стоит на месте. Традиционно используемые на протяжении 50 лет кремниевые солнечные батареи уже не удовлетворяют современным требованиям.

КВАНТ принял вызов времени. Солнечные батареи нового поколения, разработанные на предприятии, обеспечат достижения срока активного существования космических аппаратов 15 лет и более при повышении энерговооруженности космических аппаратов всех типов, более чем в 2 раза.

Свидетельством высокого технического уровня разработок НПП «Квант» является их применение в российском сегменте МКС: крупных геостационарных платформах «СиСат». «Экспресс-А». «Экспресс-АМ» и «КазСат»; космических аппаратах для дистанционного зондирования Земли и метеорологии «Монитор-Э» и «Метеор-3».

Кроме этого, большое внимание на предприятии уделяется технологиям изготовления наземных солнечных элементов на базе аморфного кремния.  

Созданная на предприятии научно-производственная база позволяет создавать принципиально новые технологические решения и разрабатывать новые типы солнечных элементов космического и наземного назначения.

Источник: пресс-релиз

Кпд солнечных батарей в космосе

Автор На чтение 15 мин. Опубликовано

Более шестидесяти лет назад началась эра практической солнечной электроэнергетики. В 1954 году три американских ученых представили миру первые солнечные батареи, полученные на базе кремния. Перспективу получения бесплатной электроэнергии осознали очень быстро, и ведущие научные центры всего мира начали работать над созданием солнечных электроэнергетических установок. Первым «потребителем» солнечных батарей стала космическая отрасль. Именно здесь, как нигде более, нуждались в возобновляемых источниках энергии, так как бортовые батареи на спутниках довольно быстро исчерпывали свой ресурс.

И всего через четыре года солнечные батареи в космосе заступили на бессрочную трудовую вахту. В марте 1958 года США запустили спутник с солнечными батареями на борту. Менее чем через два месяца, 15 мая 1958 года, в Советском Союзе был выведен на эллиптическую орбиту вокруг Земли Спутник-3 с солнечными батареями на борту.

Первая отечественная солнечная электростанция в космосе

Кремниевые панели солнечных батарей были установлены на днище и в носовой части Спутника-3. Такое расположение позволило получать дополнительную электроэнергию практически непрерывно, независимо от положения спутника на орбите относительно солнца.


Третий искусственный спутник. Отчетливо видна солнечная батарея

Бортовые аккумуляторные батареи исчерпали свой ресурс за 20 дней, и 3 июня 1958 года большинство приборов, установленных на спутнике, были обесточены. Однако продолжали работать прибор для изучения излучения Солнца, радиопередатчик, отправляющий на землю получаемую информацию, радиомаяк. После истощения бортовых батарей эти устройства полностью перешли на питание от солнечных батарей. Радиомаяк работал практически тех пор, пока в 1960 году спутник не сгорел в атмосфере Земли.

Развитие отечественной космической фотоэнергетики

Об энергоснабжении космических аппаратов конструкторы задумывались еще на стадии проектирования самых первых ракет-носителей. Ведь в космосе батареи не заменить, значит, срок активной службы космического аппарата обусловлен только емкостью бортовых батарей. Первый и второй искусственные спутники земли были оснащены только бортовыми батареями, которые истощились через несколько недель работы. Начиная с третьего спутника, все последующие космические аппараты были оборудованы солнечными батареями.

Главным разработчиком и изготовителем космических солнечных электростанций было научно-производственное предприятие «Квант». Солнечные панели «Кванта» установлены практически на всех отечественных космических аппаратах. Вначале это были кремниевые солнечные батареи. Их мощность была ограничена как заданными размерами, так и весом. Но затем учеными «Кванта» были разработаны и изготовлены первые в мире солнечные батареи на основе совершенно нового полупроводника – арсенида галлия (GaAs).

Кроме того, были запущены в производство абсолютно новые гелиевые панели, которые не имели аналогов в мире. Этой новинкой стали высокоэффективные гелиевые панели на подложке, имеющей сетчатую или струнную структуру.


Гелиевые панели с сетчатой и струнной подложкой

Специально для установки на космических аппаратах с низкими орбитами были спроектированы и изготовлены кремниевые гелиевые панели с двусторонней чувствительностью. Например, для российского сегмента международной космической станции (космического аппарата «Звезда») были изготовлены панели на кремниевой основе с двусторонней чувствительностью, причем площадь одной панели составляла 72 м².


Солнечная батарея космического аппарата «Звезда»

Были также разработаны на базе аморфного кремния и запущены в производство гибкие солнечные батареи, имеющие прекрасные удельные весовые характеристики: при весе всего 400 г/м² эти батареи вырабатывали электроэнергию с показателем 220 Вт/кг.


Гибкая гелиевая батарея на базе аморфного кремния

Чтобы повысить эффективность солнечных элементов, в большом объеме проводились наземные исследования и испытания, которые выявляли отрицательные воздействия Большого Космоса на гелиевые панели. Это позволило перейти к изготовлению солнечных батарей для космических аппаратов различных типов со сроком активной работы до 15 лет.

Космические аппараты миссии «Венера»

В ноябре 1965 года с интервалом в четыре дня к нашей ближайшей соседке – Венере – стартовали два космических аппарата – «Венера-2» и «Венера-3». Это были два абсолютно одинаковых космических зонда, основная задача которых состояла в посадке на Венеру. На обоих космических аппаратах были установлены солнечные батареи на основе арсенида галлия, которые хорошо зарекомендовали себя на предыдущих околоземных аппаратах. За время полета вся аппаратура обоих зондов работала бесперебойно. Со станцией «Венера-2» было проведено 26 сеансов связи, со станцией «Венера-3» ─ 63. Таким образом, была подтверждена высочайшая надежность солнечных батарей этого типа.

Из-за сбоев аппаратуры управления была потеряна связь с «Венерой-2», но станция «Венера-3» продолжала свой путь. В конце декабря 1965 по команде с Земли была произведена коррекция траектории, и 1 марта 1966 года станция достигла Венеры.


Станция «Венера-3»

Данные, полученные в результате полета этих двух станций, были учтены при подготовке новой миссии, и в июне 1967 года к Венере была запущена новая автоматическая станция «Венера-4». Так же, как и две ее предшественницы, она была оборудована арсенид-галлиевыми солнечными батареями общей площадью 2.4 м². Эти батареи поддерживали работу практически всей аппаратуры.


Станция «Венера-4». Внизу – спускаемый аппарат

18 октября 1967 года после отделения спускаемого аппарата и входа его в атмосферу Венеры станция продолжала свою работу на орбите, выполняя в том числе и роль ретранслятора сигналов с радиопередатчика спускаемого аппарата на Землю.

Космические аппараты миссии «Луна»

Солнечными батареями на базе арсенида галлия были «Луноход-1» и «Луноход-2». Солнечные батареи обоих аппаратов были смонтированы на откидывающихся крышках и служили верой и правдой весь срок работы. Причем на «Луноходе-1», программа и ресурс которого были рассчитаны на месяц работы, батареи проработали три месяца, втрое больше запланированного срока.


Луноход-1

«Луноход-2» проработал на поверхности Луны чуть более четырех месяцев, пройдя путь в 37 километров. Он мог бы работать еще, если бы не перегрев аппаратуры. Аппарат попал в свежий кратер с рыхлым грунтом. Долго буксовал, но в конце концов смог выбраться на задней передаче. Когда он выбирался из ямы, на крышку с солнечными панелями попало небольшое количество грунта. Для поддержания заданного теплового режима откинутые солнечные панели на ночь опускались на верхнее покрытие аппаратного отсека. После выхода из кратера при закрывании крышки грунт из нее попал на аппаратный отсек, став своеобразным теплоизолятором. Днем температура поднялась выше сотни градусов, аппаратура не выдержала и вышла из строя.


Луноход-2

Современные солнечные панели, изготовленные с применением самых современных нанотехнологий, с применением новых полупроводниковых материалов позволили достичь эффективности до 35% при значительном снижении веса. И эти новые гелиевые панели верой и правдой служат на всех аппаратах, отправляемых как на околоземные орбиты, так и в дальний космос.

Разработка и изготовление солнечных элементов на основе различных полупроводниковых материалов. Проектирование и изготовление солнечных батарей для космических аппаратов со сроком активного существования до 15 лет.

В настоящее время в НПП «Квант» ведутся работы по трем основным направлениям развития космической фотоэнергетики и ее элементной базы, а именно:

Создание солнечных батарей на основе монокристаллического кремния

Созданные в НПП «Квант» кремниевые солнечные батареи соответствуют мировому уровню, что было подтверждено при выполнении ряда зарубежных заказов по их изготовлению в интересах Индии, Франции, Голландии, Чехии, Израиля, Китая. Эти батареи обладают:

    наивысшей начальной удельной энергетической характеристикой

200Вт/м 2 ;

  • наименьшей деградацией за срок активного существования;
  • двусторонней чувствительностью, что используется на низколетящих космических аппаратах и позволяет увеличить выходную мощность солнечных батарей на 10-15 % за счет преобразования альбедо Земли (в частности, солнечные батареи для КА «Заря», «Звезда», российского сектора МКС, СБ для КА «Монитор-Э»).
  • Создание солнечных батарей на основе многокаскадных фотоэлектрических преобразователей с использованием сложных полупроводниковых материалов на инородных подложках.

    С помощью солнечных элементов на основе каскадных сложных гетеропереходных структур, использующих тройные и четвертные соединения АIIIВV, наносимые на инородную полупроводниковую подложку, в настоящее время достигнуты максимальный кпд в условиях космоса, наилучшие результаты по удельной мощности, сроку активного существования и минимальной деградации за этот срок. C помощью подобных солнечных элементов освоен диапазон кпд 25-30%. Для целого класса перспективных космических аппаратов, например, крупных геостационарных платформ, а также космических аппаратов, предназначенных для транспортных операций в космосе с использованием электрореактивных двигательных установок, возможность выполнить современные целевые задачи позволяет только использование подобных высокоэффективных солнечных батарей. Учитывая это, а также используя многолетний опыт проектирования солнечных батарей на основе GaAs, НПП «Квант» развивает работы в указанном направлении.

    Создание гибких тонкопленочных солнечных батарей на основе аморфного кремния с максимальной удельной энергомассовой характеристикой и минимальной стоимостью.

    Это совершенно новое направление в космической фотоэнергетике. Наиболее перспективным типом таких фотоэлектрических преобразователей в настоящее время являются 3-х-каскадные ФЭП на основе аморфного кремния (a-Si). Первоначально созданные для целей наземной фотоэнергетики солнечные батареи из аморфного кремния в настоящее время рассматриваются для использования в условиях космоса, вследствие:

    • возможности получения высоких энергомассовых характеристик солнечных батарей, в 4-5 раз выше, чем у солнечных батарей, изготовленных на основе монокристаллического кремния, несмотря на их меньший начальный кпд;
    • высокой радиационной стойкости;
    • возможности снижения на порядок и более удельной стоимости солнечной батареи по сравнению с монокристаллическим вариантом.

    Существенным преимуществом гибких тонкопленочных солнечных батарей является их малый стартовый (транспортный) объем, возможность создания на их основе легко развертываемых солнечных батарей рулонного типа и т.д.

    В качестве базовой технологии изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного кремния для космического применения рассматривается освоенная совместным российско-американским предприятием ООО «Совлакс» (соучредители НПП «Квант», ЕСD Ltd.,USA) технология наземного применения. Эта технология обеспечивает формирование каскадной трехпереходной фотоэлектрической структуры на основе сплавов a-Si на тонкой ленточной подложке.

    Современные проекты НПП «Квант» в области космической фотоэнергетики

    • МКС: Российский сегмент из модулей «Заря» и «Звезда» с солнечными преобразователями с двусторонней чувствительностью
    • Крупные геостационарные платформы «СиСат», «Экспресс-А», «Экспресс-АМ», «КазСат» и др.
    • Космические аппараты для дистанционного зондирования Земли и метеорологии «Монитор-Э», «Метеор-3» и др.
    Основные характеристики солнечных батарей НПП «Квант»

    320

    Основные характеристики Моно- кристаллический GalnP2-GalnAs-Ge
    трехкаскадные
    Аморфный
    Удельная мощность СБ при АМ0, 25°С в оптимальной точке ВАХ, Вт/м 2 200

    350

    90-100
    Удельная мощность СБ при АМ0, 60°C, в оптимальной точке ВАХ, Вт/м 2 165-170 80-90
    Удельная масса (по фотообразующей части без учёта каркаса), кг/м 2 :
    — сетчатая подложка
    — сотовая подложка
    1,7-1,85
    1,4-1,5
    1,9
    1,6
    0,3
    Деградация рабочего тока за САС, %
    — 10 лет GEO
    — 10 лет LEO
    — 10 лет на эллиптической и промежуточной орбитах
    20
    20
    30
    15
    15
    25
    Радиационная
    деградация

    Солнечные преобразователи с двусторонней чувствительностью

    Обновлено: 8 августа 2019

    КПД у разных типов солнечных панелей

    Существует несколько разновидностей солнечных модулей, которые изготавливаются по собственным технологиям и обладают определенными параметрами. КПД солнечных панелей определяет их способность преобразовать солнечную энергию в электрический ток. Расчет производится путем деления мощности энергии, вырабатываемой панелью, на мощность потока света, падающего на рабочую поверхность.

    Показатели панелей изначально определялись при стандартных лабораторных условиях (STS):

    • уровень инсоляции — 1000 вт/ м2
    • температура — 25°

    Большинство современных производителей производят тестирование каждой собранной батареи и прилагают результаты к документации при продаже. Это дает более полную и корректную информацию о каждой панели, поскольку в процессе изготовления возможны некоторые отклонения от технологических нормативов. Поэтому сравнение любых двух (или более) панелей всегда выявляет небольшое расхождение демонстрируемых параметров.

    Практически любые отклонения в первую очередь отражаются на эффективности, т. е. на КПД солнечной батареи. Из-за этого все разновидности не имеют четко определенного значения. Обычно указывают довольно широкий диапазон, который может давать заметную разницу параметров солнечных модулей, изготовленных по одинаковой технологии.

    Все виды фотоэлементов обладают определенными свойствами, определяющими эффективность солнечных батарей. Каждая разновидность имеет свои пределы возможностей, обусловленные строением и составом полупроводников.

    Виды солнечных фотоэлементов и их КПД

    Существуют разные виды солнечных батарей:

    • кремниевые
    • теллур-кадмиевые
    • из арсенида галлия
    • из селенида индия
    • полимерные
    • органические
    • комбинированные, многослойные

    Самые эффективные солнечные панели из тех, что находятся в серийном производстве — кремниевые.

    Их выпускают в двух видах:

    • монокристаллические. Изготавливаются из тонких пластинок, срезанных с цельного (монолитного) кристалла кремния. Считается, что это — лучшие солнечные панели, демонстрирующие КПД от 17 до 22 %
    • поликристаллические. Заготовкой для этих элементов является брикет кремния, который был расплавлен и разлит по формам. Такие панели обладают немного сниженными показателями по всем позициям, чем монокристаллические. Их КПД находится в диапазоне 12-17 %

    Есть еще одни современные солнечные батареи с высоким КПД — это панели на основе селенид-индия. Они способны выдать КПД 15-20 %. Несколько меньшими качествами обладают элементы из теллурида кадмия — не более 10-12 %.

    Остальные виды значительно уступают лидерам — аморфные и полимерные элементы демонстрируют КПД не более 5-6 %. Необходимо учитывать, что приведенные показатели — усредненные. У разных производителей есть образцы, превышающие обычные нормы эффективности. Это не меняет общей картины, но демонстрирует необходимость совершенствования технологий, разработки новых методов производства фотоэлементов.

    От чего зависит эффективность?

    КПД солнечных фотоэлектрических установок составляет лишь малую часть от теоретически возможных показателей. Расчетный КПД доходит до 80-87 %, но изъяны технологии, недостаточная чистота материалов и неточность сборки элементов существенно снижают эти значения. Основная проблема кремниевых элементов заключается в способности поглощать лучи только инфракрасного спектра, а энергия ультрафиолетовых участков остается неиспользованной.

    Проблема состоит в дороговизне процессов очистки, выращивания кристаллов и прочих тонких процедур, без которых ожидаемого эффекта не удастся добиться. Все солнечные панели с высоким КПД отличаются высокой стоимостью, что делает их недоступными для массового пользователя.

    Необходимо учитывать также погодные и климатические условия. Самая производительная система не сможет демонстрировать высокие результаты, если источник энергии скрыт за тучами, или находится низко над горизонтом. Этот фактор не подлежит регулированию, единственным способом борьбы с ним может стать повышенная эффективность солнечных панелей.

    Некоторые разновидности фотоэлементов способны вполне стабильно вырабатывать энергию в пасмурную погоду, например, тонкопленочные виды. Однако, их производительность невысока и не дает нужного количества энергии. Чем выше КПД батарей, тем сильнее падает количество вырабатываемой энергии при появлении облачности.

    Ежегодно появляются заявления от различных компаний или групп ученых о разработке высокоэффективных образцов солнечных панелей, стабильно работающих в сложных условиях. Однако, в продаже до сих пор есть только привычные кремниевые или пленочные разновидности, а новинок не видно. Причиной этого является слишком высокая себестоимость производства и нестабильность результатов технологий, вынуждающие изготовителей пока отказываться от недоработанных новшеств.

    Срок службы и окупаемость

    Большинство солнечных панелей способны работать по 25 лет и более. Однако, первоначальные характеристики со временем ухудшаются, происходит падение производительности и, как следствие, уменьшение КПД. Факторы, влияющие не длительность эксплуатации фотоэлементов:

    • тип конструкции. Чем выше изначальная производительность, тем более высокие результаты панель будет показывать после многолетней службы
    • условия эксплуатации. В регионах с сильными среднесуточными и среднегодовыми перепадами температур ресурс панелей быстро уменьшается. Происходит физический износ полупроводников, нарушается прочность соединения слоев, образующих p-n переход. Все эти факторы отрицательно влияют на КПД солнечных модулей

    Окупаемость панелей в первую очередь зависит от инсоляции — количества солнечной энергии, доступной фотоэлементам. Здесь необходимо учитывать следующие факторы:

    • продолжительность светового дня
    • положение солнца над горизонтом
    • погодные условия в регионе

    Практика показывает, что средний процент деградации солнечных батарей составляет 0,6 % в год. Однако, к естественным процессам прибавляются внешние воздействия — температурные, механические и т.п. Поэтому производители обычно гарантируют, что в течение 10 лет эксплуатации производительность не упадет больше, чем на 10 %.

    Вопрос окупаемости солнечных панелей всерьез никем не рассматривается. Существуют приблизительные расчеты, показывающие количество выработанной энергии и ее среднюю стоимость в течение 10, 25 лет. Эти данные не способны показать реальной картины, поскольку все комплексы работают в собственных условиях, подвергаются тем или иным воздействиям и не могут гарантировать заданной производительности.

    Специалисты утверждают, что для некоторых регионов окупаемость солнечных батарей никогда не наступает, в других местностях она составляет около 10 или 15 лет.

    Подробные исследования не производятся, или ведутся только для данного района. Если необходимо узнать технико-экономические показатели СЭС, приходится каждый раз производить индивидуальный расчет для данных условий, моделей солнечных модулей и прочих факторов воздействия.

    Самые эффективные солнечные батареи

    Обычный пользователь не старается глубоко вникнуть в теорию, поэтому он чаще всего задает вопрос — хочу купить солнечные панели, какие лучше? Вопрос простой, но ответить на него однозначно крайне сложно. Все зависит от возможностей и потребностей покупателя.

    Споры о том, какие солнечные батареи самые эффективные ведутся с самого начала их использования. Несмотря на приоритет кристаллических кремниевых конструкций, нередко впереди оказываются другие виды панелей. Есть рекордсмены в этой области, например, фирма Sharp объявила о создании панелей с КПД 44 %. Эта же фирма создала модули с эффективностью 37,9 %. Есть образцы от других разработчиков с КПД около 32 %. Все эти модели весьма дороги и в массовое производство пока не поступают. Нерентабельность — основная проблема развития солнечных модулей.

    Исследования и разработки для повышения КПД

    Наиболее перспективным направлением исследований считается создание многослойных панелей. Основной упор делается на возможность получения энергии от инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, которые во многом более активны, чем видимые части спектра. Работы ведутся и в области очистки кремниевых структур, создания наиболее однородных и чистых кристаллов.

    Еще одним направлением является создание максимально плотных и ровных соединений полупроводников. Электрический ток возникает на границе двух материалов, и, если поверхность обоих изобилует впадинами и прочими изъянами, эти участки исключаются из общей рабочей зоны. Проблема технически сложная, поскольку речь идет о микронной точности шлифовки. Для промышленного производства эти методики пока слишком сложны, а цены на панели будут недоступны рядовым покупателям. Процесс исследований происходит непрерывно, поэтому ожидать положительных сдвигов можно в любой момент.

    Видео-инструкция по сборке своими руками

    Квант-12/1.5 блок питания стабилизированный 1.5А: источники бесперебойного питания

    Резервированный источник питания, Uпит. переменное 150…265 В/50 Гц, Uвых. постоянное 13,0 В; ном.ток нагрузки 1.5 А, макс. ток нагрузки 1.8 А, под один аккумулятор 12 В/7 Ач; свет. инд.:Сеть, Выход; электронная защита от короткого замыкания, защита аккумулятора от глубокого разряда, 194×261×77 мм, метал. корпус, 1.5 кг

    Основные особенности Квант-12/1.5:

    • Расширенный диапазон напряжения сети 150–265В
    • Защита от неправильного подключения АБ
    • Защита АБ от глубокого разряда
    • Световая индикация режимов работы
    • Гальваническая развязка с основной питающей сетью обеспечивает безопасность пользователя и подключаемого оборудования
    • Отсутствие скачка напряжения при переходе на питание от АБ

    Технические характеристики:

    Напряжение питающей сети, В

    150-265

    Номинальное выходное напряжение, В

    13,0

    Номинальный ток нагрузки, А

    1,5

    Максимальный ток нагрузки, А

    1,8

    Максимальный кратковременный ток нагрузки в импульсе (5 сек), А

    2,0

    Двойная амплитуда пульсаций выходного напряжения, не более, мВ

    24

    Напряжение защитного отключения АБ, не менее, В

    10,2+-0,5

    Ток заряда АБ, не более, мА

    150

    Емкость устанавливаемой АБ, Ач (в комплект не входит)

    7,0

    Габариты, мм

    194×261×77

    Масса (без АБ), кг, не более

    1,5

    Характеристики КВАНТ 12/1,5:

    • Тип источника питания: Импульсный
    • Производитель: К-Инженеринг
    • Выходное напряжение: 12В DC
    • Емкость каждого внешнего АКБ: Нет
    • Емкость каждого встроенного АКБ: Нет
    • Информационные выходы: Нет
    • Кол-во внешних АКБ: 0
    • Кол-во встроенных АКБ: 0
    • Кол-во выходов для камер: 0
    • Кол-во мест под АКБ: 1
    • Материал корпуса: Металл
    • Место под АКБ (А/ч): 7
    • Место установки: В помещении
    • Номинальный ток 12В DC(А): 1.5
    • Номинальный ток 220 В AC (ВА): Нет
    • Номинальный ток 24В AC: Нет
    • Номинальный ток 24В DC: Нет
    • Номинальный ток 48 В: Нет
    • Номинальный ток 55 В: Нет
    • Установка в стойку: Нет
    • Установка на DIN-рейку: Нет
    Консультации по оборудованию Новый вопрос

    Задайте вопрос специалисту о Квант-12/1.5 блок питания стабилизированный 1.5А

    Доставка

    Самовывоз из офиса: Пункт выдачи:* Доставка курьером:* Транспортные компании: Почта России:*

    * Срок доставки указан для товара в наличии на складе в Москве

    Отзывы покупателей: Оставить отзыв

    Ваш отзыв может быть первым!

    Квалифицированные специалисты по солнечной энергии Tweed Heads Квалифицированные эксперты по солнечной энергии

    Quantum Solar — это семейный бизнес, преследующий две основные цели: сделать солнечные установки высшего класса доступными для всех и одновременно обеспечить более экологичное и стабильное будущее для нашей окружающей среды. Чем больше людей будут озеленеть сейчас, тем лучше будет наша среда для наших детей и детей наших детей. Мы должны действовать сейчас, чтобы новые поколения понимали, что солнечная энергия и другие экологически чистые источники энергии являются нормой, и что мы не настолько зависимы от скудных ресурсов, чтобы удовлетворить потребности нашего растущего населения.

    ЖИЛЫЕ И КОММЕРЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ СПЕЦИАЛИСТЫ

    Quantum solar — надежная компания, занимающаяся установкой и проектированием солнечных фотоэлектрических систем. На сегодняшний день (и это еще не все!) Мы установили сотни жилых солнечных проектов, работали с местными советами над крупномасштабными солнечными проектами, такими как Культурный центр Локьер-Вэлли, и находимся в списке предпочтительных поставщиков солнечных панелей для совета. У нас есть обширный опыт работы в сельскохозяйственном секторе, где проектирование электрических систем зачастую сложнее, чем обычно, и мы также предлагаем обширный опыт в коммерческом секторе солнечной энергии.

    Наш опыт предлагает богатый опыт в солнечной отрасли в целом, и мы объединили продукты, услуги, скидки на солнечные батареи и финансы, чтобы убедиться, что вы или ваш бизнес получите высококачественную солнечную установку, которая обеспечит реальные долгосрочные финансовые вознаграждения. .

    КВАЛИФИЦИРОВАННЫЕ СПЕЦИАЛИСТЫ ПО МОНТАЖУ СОЛНЕЧНЫХ УСТРОЙСТВ

    Наши специалисты по солнечной энергии хорошо обучены в области оценки привычек потребления, оценки собственности и проектирования солнечных установок. Сочетание этих трех технических областей гарантирует, что мы находимся в идеальном положении для поиска правильного солнечного решения для вас или вашего бизнеса.Наши специалисты по солнечной энергии и бригады по установке регулярно проходят обучение, чтобы быть в курсе последних нормативных требований и продуктов, предлагаемых на рынке, чтобы убедиться, что вы получаете все последние достижения в области проектирования солнечных батарей.

    Короче говоря, мы заботимся о солнечной энергии, о вас и об окружающей среде, в которой мы все живем. Мы хотим порадовать вас своими инвестициями и помочь вам понять, как потребление энергии и экономия от инвестиций в солнечную энергию помогут как вам, так и окружающей среде для много лет впереди.

    Проектирование и установка солнечных систем для жилых домов

    Что ж, это большой вопрос.Размер вашей жилой системы солнечных панелей зависит от многих факторов, основными из которых являются:

    Давайте разберем эти три пункта, чтобы найти лучшую солнечную систему для вашего дома.

    В квартальном или ежемесячном счете за электроэнергию указано, сколько энергии вы используете в своем доме, хотя счета за электроэнергию очень сложно читать, и некоторые могут сказать, что они предназначены для того, чтобы вы не понимали, сколько энергии вы используете. На самом деле, однако, энергия — это очень сложная вещь для понимания.Энергия измеряется и взимается в зависимости от времени использования, что делает ваш счет еще более сложным для понимания! Например, если ваш телевизор потребляет 1 кВт мощности при включении, если он был оставлен включенным в течение 1 часа, это будет отображаться в вашем счете как 1 кВт / ч (один киловатт-час). Если ваш пылесос рассчитан на 2000 Вт (2 кВт) и он работал в течение 15 минут, в вашем счете будет указано 0,5 кВт. Это связано с тем, что, когда ваше устройство мощностью 2000 Вт работает в течение 1 четверти часа, мощность делится на четыре (четверть), и эта цифра применяется к вашему счету.Каждый бит энергопотребления входит в ваш счет и представляет собой смесь между номинальной выходной мощностью и рассчитанным по времени использованием этих предметов с разным рейтингом. Вы понимаете, почему сейчас сложно следить за тем, как вы используете? Но не бойтесь, наша бесплатная оценка энергии с одним из наших высококвалифицированных специалистов по солнечной энергии поможет вам получить полное представление об использовании энергии и о том, какой размер домашней солнечной системы будет соответствовать вашим потребностям.

    Разные типы и стили разрешений на собственность для различных солнечных установок и конструкций.Было бы замечательно, если бы у каждого человека была большая крыша, выходящая на север, которая позволяла бы использовать столько солнечных панелей, сколько вы хотите, но на самом деле все дома спроектированы по-разному, что делает дизайн солнечных батарей одним из наиболее важных факторов, которые следует учитывать при попытке уменьшить свой счет за электроэнергию . Черепичные крыши, жестяные крыши, плоские крыши, церковные шпили, вы называете это, если у него есть крыша, мы поставим на него солнечную батарею — и мы заставим ее работать на вас!

    Понимание вашей собственности может сделать дизайн вашей солнечной системы действительно полезным для вас.Возьмем, к примеру, у вас может быть большая семья, и вы собираетесь пользоваться электричеством по утрам. Если у вас есть крыша, выходящая на восток, мы постараемся добавить туда солнечные батареи, чтобы мы могли использовать утреннюю энергию как можно раньше — в то время, когда она вам нужна. Крыши, ориентированные на восток, обычно сначала получают солнце, когда солнце встает на востоке. Это всего лишь один небольшой пример — наши специалисты по солнечной энергии вместе с вами изучат ваш тип недвижимости и предложат решение, которое подойдет именно вам! В Quantum мы уделяем время тому, чтобы понять ваши энергетические привычки и связать это с нашим дизайном, чтобы помочь максимизировать ваши инвестиции в солнечную энергию.

    Что вы хотите от инвестиций в солнечную энергетику? Вы хотите, чтобы ваши счета исчезли сейчас, или вы хотите планировать свое будущее? Может быть, вы планируете большую семью, которая, несомненно, потребует больше энергии?

    Возможно, у вас есть большое пространство на крыше, но вас затопила стандартная реклама солнечной энергии мощностью 5 кВт, которая никогда не заканчивается такой же стоимостью, как рекламируемая, из-за увеличения затрат на установку солнечных панелей — (часто после установки)? Знаете ли вы, что у вас может быть солнечная система большего размера, чем система на 5 кВт?Фактически, мы подаем эти заявки распределителям электроэнергии почти ежедневно. На однофазном счетчике вы обычно ограничены 5 кВт экспорта в час (в вашем счете как 5 кВт / ч), но это не означает, что у вас может быть система только 5 кВт. У вас может быть гораздо более крупная система, если вы используете ее для поддержания постоянной скорости подачи 5 кВт / ч. Это действительно может помочь с вашими инвестициями, поскольку почти гарантированная скидка — это то, на что вы можете положиться здесь, в Австралии, мировой столице солнечной радиации.

    солнечных элементов на квантовых точках появятся

    Солнечный элемент с квантовыми точками (QDSC) — это солнечный элемент, в котором квантовые точки используются в качестве очаровательного фотоэлектрического материала. Он используется для замены объемных материалов, таких как кремний или селенид галлия, индия или меди.

    Лен Кальдероне для | AltEnergyMag

    Рынок фотоэлектрических солнечных батарей — один из наиболее быстро развивающихся рынков энергии в мире.К 2030 году отрасль солнечной энергетики вырастет в 10 раз. Для успеха солнечной энергетики требуется новая технология, которая может обеспечить превосходную эффективность и снизить затраты по сравнению со стандартными кремниевыми фотоэлектрическими панелями. Солнечные элементы на квантовых точках могут быть такой технологией.

    Солнечный элемент с квантовыми точками (QDSC) — это солнечный элемент, в котором квантовые точки используются в качестве привлекательного фотоэлектрического материала. Он используется для замены объемных материалов, таких как кремний или селенид галлия, индия или меди.Квантовые точки имеют ширину запрещенной зоны, которую можно регулировать по широкому спектру уровней энергии, изменяя размер точек.

    Новый тип квантовой точки может привести к более дешевым солнечным элементам и лучшей спутниковой связи (Изображение: Университет Торонто)

    Квантовые точки считаются искусственными атомами. Их уровни энергии можно регулировать, изменяя их размер, что, в свою очередь, определяет ширину запрещенной зоны. Точки можно выращивать в различных размерах, что позволяет отображать различные запрещенные зоны без изменения основного материала или конструкции.Калибровка достигается изменением продолжительности плавления или температуры.

    Поскольку ширину запрещенной зоны квантовых точек можно регулировать, квантовые точки желательны для солнечных элементов. Частоты в дальнем инфракрасном диапазоне, которые обычно трудно достичь с помощью традиционных солнечных элементов, могут быть получены с использованием коллоидных квантовых точек сульфида свинца. Половина солнечной энергии, достигающей Земли, приходится на инфракрасный диапазон. Солнечный элемент с квантовыми точками делает инфракрасную энергию такой же доступной, как и любая другая.

    Исследователи из U.Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США показала, что нанотехнологии могут значительно увеличить количество электроэнергии, производимой солнечными элементами. Крошечные нанокристаллы, также известные как квантовые точки, выделяют до трех электронов из одного фотона солнечного света высокой энергии. Когда современные фотоэлектрические солнечные элементы поглощают фотон солнечного света, энергия преобразуется максимум в один электрон, а оставшаяся энергия теряется в виде тепла.

    Солнечные элементы на квантовых точках могут использоваться в качестве солнечных или фотоэлектрических элементов, которые уменьшают ненужное тепло и используют количество солнечной энергии, которая преобразуется в электричество.Это важно для того, чтобы сделать солнечную энергию более конкурентоспособной по сравнению с традиционными источниками энергии.

    Существующие солнечные элементы имеют КПД преобразования до 33%, но производственные солнечные элементы, которые устанавливаются на крышах, в среднем имеют гораздо более низкий КПД. Следовательно, если бы солнечные элементы с квантовыми точками можно было производить дешево, они были бы по крайней мере в три раза более эффективными, чем существующие производимые солнечные элементы. Солнечные элементы на основе квантовых точек могут преобразовывать более 65 процентов солнечной энергии в электричество.

    Устройство и работа солнечного элемента на квантовых точках

    Квантовые точки приобретают избыточную энергию фотонов, которая обычно теряется на тепловыделение в процессе, называемом генерацией множественных экситонов. Световые лучи проходят через прозрачный электрод солнечного элемента с квантовыми точками на светопоглощающий слой точек, чтобы генерировать пары электронных дырок. Затем заряженные частицы разделяются и в конечном итоге перемещаются к своим электродам, производя электрический ток.

    Ниже приведены преимущества солнечных элементов с квантовыми точками. У них хорошее соотношение мощности и веса при высоком КПД. Экономия массы и площади, а также гибкость приводят к миниатюризации. Их энергопотребление невелико. Повышение электрических характеристик при низких производственных затратах. Их применение универсально, и их можно использовать в окнах, а не только на крышах.

    Есть некоторые недостатки QDSC. Солнечные элементы с квантовыми точками на основе селенида кадмия очень токсичны по своей природе и требуют очень стабильной полимерной оболочки.Известно, что ионы кадмия и селена, которые используются в ядре квантовых точек, являются цитотоксичными. Метаболизм и деградация квантовых точек в организме человека до сих пор в основном неизвестны, и исследования показали, что квантовые точки накапливаются в почках, селезенке и печени.

    В водных и УФ-условиях разложение увеличивается. Частицы не обладают высокой степенью кристалличности, наблюдаемой в квантовых точках, полученных органическим путем, но этот процесс проще, дешевле и более воспроизводим, чем органический синтез.

    Квантовые точки имеют преимущества перед органическими красителями, но квантовые точки могут иметь поверхностные дефекты, которые могут влиять на рекомбинацию электронов и дырок, выполняя функции временных ловушек. Исследователям необходимо было понять, почему заряды оказались в ловушке материала. Ловушки возникают из-за того, как обработка поверхности влияет на материал. Ключевым фактором является распределение с хорошо контролируемым соотношением элементов. Электроны будут счастливы, когда распределение будет правильным.

    Ловушки приводят к миганию квантовых точек и ухудшают квантовый выход, который представляет собой отношение производства к поглощению.Эффект мерцания можно уменьшить, если вокруг ядра будет оболочка, но оболочки могут изменять оптические свойства, и размер частиц трудно регулировать.

    При размещении в живых клетках квантовые точки демонстрируют агрегацию, которая может мешать функционированию клеток, что может быть уничтожено в процессе доставки. Хотя квантовые точки находятся в нанометровом диапазоне, биоконъюгация с различными молекулами увеличит размер точек, что сделает доставку в клетки более проблематичной.

    Ширина запрещенной зоны квантовых точек может быть изменена путем изменения их размера или состава. В системе из одного материала ширина запрещенной зоны может регулироваться от видимого до инфракрасного диапазона. Квантовые точки обрабатываются из решения, которое соответствует высокопроизводительным и экономичным технологиям обработки рулонов. Этот процесс снизит дорогостоящее вакуумное напыление, снизит вес ячейки и модуля и связанные с этим затраты.

    Еще предстоит проделать большую работу, прежде чем солнечные элементы с квантовыми точками будут представлены на коммерческой основе, но потенциал велик.Сделан огромный шаг вперед; и в ближайшие годы есть уверенность в том, что солнечные элементы на квантовых точках обеспечат эффективный и стабильный метод использования солнечной энергии.

    Использование квантовых точек становится все более широким, поскольку все больше становится известно о том, как они работают и об их отличительных свойствах. Технология солнечных элементов развивается быстро, и солнечные элементы, использующие квантовые точки, рассматриваются как обнадеживающее решение на будущее.

    Для доп. Информации:

    1. https: // www.Cornellcollege.edu/physics-and-engineering/pdfs/phy-312/colins-fungura-zasada.pdf

    2. http://www.natcoresolar.com/core/wp-content/uploads/2014/04/Solar-cells-and-Quantum-Dots.pdf

    Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения AltEnergyMag

    Комментарии (0)

    Эта запись не имеет комментариев.Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.


    Опубликовать комментарий

    Вы должны войти в систему, прежде чем сможете оставлять комментарии. Авторизуйтесь сейчас.

    Рекомендуемый продукт

    Предохранители SIBA — мировой лидер в области инноваций предохранителей для защиты фотоэлектрических полупроводников

    Предохранители

    SIBA: ваш надежный источник для всех приложений защиты цепей, от солнечной энергии до энергии ветра.Мы являемся мировыми лидерами в этих приложениях и самым надежным именем для ваших потребностей в защите цепей. Мы работаем более 70 лет над полупроводниковыми предохранителями, включая ULTRA RAPID®, среднего и высокого напряжения, стандартные европейские, миниатюрные, электронные предохранители и широкий спектр предохранителей постоянного тока (24 В — 5000 В постоянного тока) для всех типов приложений. . Мы работаем с предохранителями среднего и высокого напряжения для защиты трансформаторов, в том числе погружных, двигателей, распределительных устройств среднего и высокого напряжения, компактных подстанций, кабельных фидеров и цепей конденсаторов высокого напряжения.Новинка: полная линейка предохранителей и держателей предохранителей, включенных в список UL. Свяжитесь с нами сегодня для получения дополнительной информации о наших продуктах и ​​услугах.

    Quantum Solar Designs обзоры солнечных батарей, жалобы, адрес и стоимость солнечных панелей

    Последние обзоры Quantum Solar Designs

    Последняя жалоба

    Алекс Г, более 1 месяца

    Не рекомендую.QSD разработала нашу систему в соответствии с рекомендациями производителя, используя микроинверторы значительно меньшего размера (Enphase IQ7 против IQ7Plus). Это приводит к значительному снижению выработки энергии, оцениваемой Enphase в 750 МВт / ч в год, что, в свою очередь, приводит к значительному снижению стоимости системы. Снижение выпуска нигде не упоминается в контракте или любой другой документации. Размер системы паспортных данных в контракте: 3,4кВт. Фактическая пиковая мощность из-за малоразмерных микроинвестров: 2,4 кВт, что приводит к значительному ограничению выходной мощности и снижению годового производства.Отказался что-либо делать по этому поводу, дав ложные оценки производства постфактум — после установки в мае 2020 года. Дополнительно: не подключал систему к WiFi для отчетности. Очень медленно отвечает на запросы (по телефону или электронной почте). Никаких расчетных производственных показателей или каких-либо других показателей, кроме размера системы, указанного на паспортной табличке, в контракте или любой другой документации. Резюме: две основные неисправности и ряд более мелких: (1) несоблюдение рекомендаций производителя при использовании микроинверторов радикально меньшего размера; (2) не раскрыли каких-либо оценочных объемов производства в контракте или любой другой документации.P.S. Сначала я был в восторге от QSD, учитывая, что они были нам настоятельно рекомендованы, и тот факт, что они действительно могли установить систему, в которой несколько конкурентов, включая Tesla, Solar Optimum, LA Solar Group, отказались по разным причинам. Тем не менее, учитывая опыт поддержки, необъяснимые проектные решения, приводящие к очень реальному денежному ущербу для нас, и их многочисленные попытки дать неверные оценки производства — я не могу их рекомендовать.

    Читать далее

    Quantum Solar Designs цены

    Эта программа установки не публикует свои стандартные системные цены в сети.

    Таким образом, мы использовали средние цены из областей обслуживания установщиков в качестве прокси для того, что эта компания, скорее всего, будет взимать за солнечную систему.

    Нормированная стоимость солнечной энергии

    Нормированная стоимость за кВтч — это стоимость солнечной системы, деленная на общее количество кВтч, произведенное солнечной системой за время ее существования.

    Если у вас нет солнечной энергии

    52 ¢ кВтч

    Прогноз средних тарифов на электроэнергию в ЦА на следующие 25 лет

    Описание инсталлятора для своего бизнеса

    Наши установки превосходят отраслевые стандарты и единые строительные нормы и правила.Мы предлагаем вам более 20 лет опыта и более 1500 установок, чтобы обеспечить максимальную производительность конструкции солнечной электрической системы.

    Мы являемся одним из крупнейших в Калифорнии установщиков жилых домов с покупательной способностью напрямую с завода, что гарантирует вам самые выгодные цены. Мы являемся членом Калифорнийской ассоциации солнечной промышленности и Better Business Bureau.

    Мы лицензированы, связаны и застрахованы. На наши установки предоставляется 10-летняя полная гарантия, а на наши солнечные модули — 25-летняя гарантия.У нас есть дома на солнечных батареях, гибридные автомобили, энергоэффективные рабочие помещения и программа утилизации. Забота об окружающей среде — это не просто наша работа, это наш образ жизни.

    Quantum Solar Solutions, LLC солнечные обзоры, жалобы, адрес и стоимость солнечных панелей

    1. Главная>
    2. Солнечные компании>
    3. Квантовые Солнечные Решения, ООО
    Обновлено:

    Минусы

    Оценка по отзывам ниже средней по отрасли (3).96

    0,00

    Квалифицированный установщик NABCEP

    Калькулятор стоимости солнечных батарей

    All Quantum Solar Solutions, LLC отзывы

    У

    Quantum Solar Solutions, LLC еще нет отзывов.

    Quantum Solar Solutions, LLC цены

    Эта программа установки не публикует свои стандартные системные цены в сети.

    Таким образом, мы использовали средние цены из областей обслуживания установщиков в качестве прокси для того, что эта компания, скорее всего, будет взимать за солнечную систему.

    Нормированная стоимость солнечной энергии

    Нормированная стоимость за кВтч — это стоимость солнечной системы, деленная на общее количество кВтч, произведенное солнечной системой за время ее существования.

    Если у вас нет солнечной энергии

    52 ¢ кВтч

    Прогноз средних тарифов на электроэнергию в ЦА на следующие 25 лет

    Описание инсталлятора для своего бизнеса

    Фотоэлектрические (PV) — солнечная энергия преобразует солнечный свет непосредственно в электричество. Многие люди установили фотоэлектрические системы, которые вырабатывают всю электроэнергию, которую использует их дом.Система подключена к электросети, и в течение дня они производят больше, чем им нужно — «счетчик идет в обратном направлении». Ночью электричество у них идет из сети, а счетчик идет вперед. В конечном итоге их потребление практически равно нулю. Если у вас есть дом с большой крышей, выходящей на юг, ваш дом — хороший кандидат для фотоэлектрической установки. Федеральное правительство и правительства штатов поощряют установку фотоэлектрической энергии и предоставляют экономические стимулы, чтобы Соединенные Штаты могли стать более энергонезависимыми и производить чистую электроэнергию.

    Этот установщик не публикует в сети бренды, которые они используют.

    Офисы

    Выбрать состояние

    Quantum Solar Solutions, LLC

    39 Carlton Ave, Марлтон, штат Нью-Джерси, 08053

    Пункты обслуживания

    Выбрать состояние

    Новости по теме солнечной энергии

    Zeeshan Hyder

    10 июня 2021 г.

    Что такое концентрированная солнечная энергия (CSP)?

    Концентрированная солнечная энергия (CSP) использует специальные зеркала для концентрации солнечной энергии; собранное тепло затем используется для выработки электроэнергии в масштабах коммунального предприятия.

    Бен Зиентара

    9 июня 2021 г.

    Екатерининский переулок

    3 июня 2021 г.

    Ана Альмерини

    27 мая 2021 г.

    Екатерининский переулок

    26 мая 2021 г.

    Разработка квантового скачка в солнечной энергии

    За последние 25 лет серия постепенных улучшений фотоэлектрических элементов повысила уровень эффективности примерно с 15 процентов в начале 80-х годов до 20 процентов сегодня.Однако после того, как недавние исследования в Mines помогли подтвердить эффективность квантовых точек, ученые считают, что эта новая технология может повысить эффективность до 40 процентов в течение следующих 10 лет.

    Взгляните на солнечную батарею в солнечный день в Колорадо, и, если вы похожи на большинство людей, вы не увидите ничего, кроме ослепляющего света. Марк Ласк видит упущенную возможность.

    «Я вижу этот яркий свет и чувствую, насколько горячими становятся панели на моей крыше, и говорю:« Какая трата! Мы теряем энергию! »- говорит Ласк, профессор физики шахт и исследователь солнечной энергии, который признается, что проверял свои панели и их выходную мощность больше, чем другие.В ясный день, объясняет он, только часть фотонов, попадающих на фотоэлектрические элементы на его крыше, преобразуется в электричество, остальные отражаются в виде света или теряются в виде тепла. В пасмурный день или с приближением сумерек длинноволновых частиц света с низкой энергией едва ли достаточно, чтобы вообще произвести какой-либо сок. В среднем только 20 процентов солнечных лучей фактически преобразуется в энергию в современном солнечном элементе.

    «Что касается эффективности, здесь есть много возможностей для улучшения», — говорит он.

    Опираясь на шестилетний грант в размере 12 миллионов долларов от Национального научного фонда, Ласк и его коллеги из Научно-инженерного центра возобновляемых источников энергии (REMRSEC) потратили последние четыре года на повышение этой эффективности за счет сложного слияния нанотехнологии, квантовая физика и вычислительное волшебство, известное как «экситонная инженерия».

    Возникающее и спорное поле зависит от манипуляции «экситонами», комбинацией возбужденного электрона и дырки, из которой он вытесняется входящим фотоном.В обычных фотоэлектрических элементах обмен обычно происходит один на один; при ударе фотон создает экситон, который посылает высокоэнергетический электрон в электрическую цепь.

    Марк Ласк, физик-теоретик и профессор шахтного дела, считает, что солнечные панели могут стать вдвое эффективнее в течение следующего десятилетия.

    Однако, используя наноразмерные светопоглощающие частицы, называемые «квантовыми точками», исследователи полагают, что они могут создать микросреду, в которой экситоны, которые большую часть дня поглощают значительно больше энергии, чем необходимо для получения всего одного электрона. в электрическую цепь, делятся избыточной энергией, вытесняя другие электроны, чтобы создать больше экситонов.Теперь ученые считают, что этот подход, получивший название генерации множественных экситонов (МЭГ), может более чем вдвое увеличить количество электроэнергии, преобразуемой при сильном солнечном свете в безоблачные дни.

    Наряду с выяснением того, как получить больше электричества из сильного солнечного света, Ласк также изучает параллельную технологию, которая могла бы лучше использовать слабый солнечный свет в пасмурные дни, когда фотоны с меньшей энергией производят экситоны, у которых отсутствует застежка-молния, необходимая для создания необходимого напряжения. . Используя нестандартную молекулярную конструкцию, называемую объединением энергии, он считает, что они могут уговорить несколько более слабых экситонов объединить свою энергию в меньшее количество экситонов более высоких энергий, создав полезный ток.

    «Люди часто думают о квантовой механике как о сверхъестественной науке», — говорит Ласк, сидя перед огромным монитором, показывающим скопление атомов и электронных облаков. «Но мы используем именно эту жуткую физику для разработки материалов с значительно улучшенной эффективностью преобразования энергии».

    Фотоэлектрические элементы существуют с 1930-х годов и до сих пор работают по одному и тому же принципу: частицы света, также известные как фотоны, ударяют по ячейке и подталкивают электроны, чтобы перейти в более высокое энергетическое состояние, «как если бы у вас была стопка апельсинов и вы потянули их. один и положите его сверху, оставив отверстие », — объясняет Ласк.Электрон и его отверстие вместе называются экситоном, и их необходимо направить в противоположных направлениях через электрическую цепь. Это ток, который питает вашу кухонную плиту или плоский экран.

    В течение многих лет большинство фотоэлементов делалось из кремния, и повышение эффективности было постепенным, 0,05 процента здесь, еще 0,1 процента там. Но десять лет назад ученые начали задаваться вопросом, можно ли добиться гораздо больших успехов с помощью того, что Ласк называет «изменением парадигмы игры».’

    «Они сказали:« Может быть, мы сможем взять высокоэнергетический экситон из той мощной частицы света, которая поднимает оранжевый путь высоко в стопку, и каким-то образом использовать часть его энергии, чтобы захватить еще один оранжевый [электрон] и потянуть его к вершине ». к тому же мы получим две дырки и два возбужденных электрона из одного куска света ». Дополнительная энергия от этой мощной частицы света, которая была бы потрачена впустую на тепло, теперь превращается в электрический ток.

    Ключевым моментом, как предложили исследователи, было создание клеточного материала из бесконечно малых нанокристаллов, которые заставляют сжатые пары электрон / дырка вести себя иначе, чем в массивном материале, причудливое квантовое ограничение, которое любит изучать Ласк.

    Еще в 2000 году исследователь Артур Нозик из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в Голдене, штат Колорадо, предсказал, что МЭГ с использованием квантовых точек может повысить эффективность солнечных элементов до 65 процентов, но идея была медленной. поймать.

    «Большинство людей думали, что это интересная идея, но никто не воспринял ее всерьез», — говорит Мэтт Бирд, старший научный сотрудник, прибывший в NREL в 2003 году и с тех пор исследующий MEG.

    В 2004 году ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико стали первыми, кто действительно наблюдал МЭГ в действии в материалах с квантовыми ограничениями.Вскоре после этого некоторые ученые сообщили, что с помощью одного фотона можно создать до семи пар экситонов. Но другие исследования поставили под вопрос, имеет ли наноразмер материала какое-либо значение.

    Enter Lusk, его коллеги Альберто Франческетти и Жибин Лин, а также набор мощных вычислительных инструментов, и, похоже, спор наконец улажен. Выполнив большое количество «вычислительных экспериментов», они смогли точно увидеть, как электроны, дырки и фотоны взаимодействуют в квантовых точках различного размера, что дало объяснение того, как работает МЭГ и почему она становится лучше, когда точки становятся меньше.Суть в том, что размер точки определяет, какие экситоны легче всего расщепляются, а маленькие точки лучше всего расщепляют свои любимые экситоны.

    «Это действительно необычное поведение, которое происходит только из-за того, как мы упаковываем одни и те же старые материалы. Ключевым моментом является создание тонкой пленки, которая, если вы присмотритесь, будет заполнена очень крошечными частицами », — говорит Ласк. Поскольку результаты были опубликованы в знаменательной статье в апреле 2011 года в журнале ACS Nano, это стимулировало всю область исследований МЭГ.

    «Мы можем сидеть здесь как экспериментаторы и измерять кучу материалов, но проблема в том, что сначала нужно изготовить материал, а затем провести измерения. На это нужно время, — говорит Бирд. «Это очень полезно, когда теоретик может сначала сказать, посмотрите на форму X или композицию Y. То, что Марк и его коллеги сделали в Mines, было показать, что действительно есть эффект [в использовании квантовых точек]. Он помог продвинуть теорию вперед ».

    Делаем один там, где два

    С тех пор экспериментаторы из Mines, NREL и других организаций применяют идею квантовых точек к различным материалам, включая кремний, с многообещающими результатами.В декабре 2011 года Бирд опубликовал в журнале Science статью, показывающую, что солнечный элемент, сделанный из квантовых точек селенида свинца, производит от двух до трех электронно-дырочных пар на приходящий фотон. «Это работает, но мы еще не достигли этого», — говорит Бирд, отмечая, что существует много шагов между производством нескольких экситонов внутри клетки и выработкой большей мощности.

    Тем временем Ласк вернулся к компьютеру, работая над теоретической моделью новой паучьей молекулы, предназначенной для поглощения фотонов более низкой энергии на своих ногах и запуска полученных экситонов в его центр, где они будут объединяться, чтобы создать единую молекулу более высокого уровня. -энергетический экситон, прямо противоположный МЭГ.«Идея состоит в том, чтобы сделать солнечный элемент, который можно было бы разместить в местах, где мало солнца или где очень плотная атмосфера», — говорит он.

    Он также ищет способы «расширить танец» между дырой и электроном внутри квантовой точки, позволяя им прыгать через материал вместе, прежде чем, наконец, разделить их на части, чтобы образовался ток. Это сделало бы солнечные элементы еще лучше, потому что экситоны можно было бы отделить друг от друга в отдельном куске материала, который делает это очень эффективно.Для этого он берет пример с листьев, где экситоны могут преодолевать необъяснимо большие расстояния по пути к специализированным центрам по производству сахара.

    «В большинстве материалов танец быстро исчезает, но листья растений каким-то образом поддерживают его жизнь», — объясняет Ласк. «У них действительно есть вся эта штука с квантовым транспортом, и я хочу, чтобы наши солнечные батареи тоже делали это».

    В других лабораториях REMRSEC ученые берут такую ​​фундаментальную науку и продвигают ее вперед, разрабатывая способы включения материалов, сделанных из этих крошечных точек, в тонкие листы солнечных элементов, которые когда-нибудь можно будет легко и дешево применить в американских домах и офисных зданиях. .

    «Если вы посмотрите на разнообразие навыков, которыми мы обладаем в этом центре, это просто невероятно. У нас есть физики, химики, материаловеды, инженеры-химики, инженеры-механики и прикладные математики, которые все вместе работают над этим, — говорит Крейг Тейлор, директор REMRSEC. «Мы абсолютный лидер в этой области».

    Итак, насколько эффективными могут стать солнечные панели в следующем десятилетии, если все это сработает?

    «Сорок процентов — это, вероятно, действительно хорошее число на данный момент», — говорит Ласк.«Если бы мы могли удвоить эффективность солнечных панелей, это было бы похоже на удвоение количества солнечных панелей на планете. Тогда панели на моей крыше могли питать мой дом , а заряжать электромобиль. Было бы здорово ».

    Как работают обычные фотоэлектрические элементы

    Почти все фотоэлектрические элементы, используемые сегодня, основаны на замечательных свойствах кремния для выработки электричества. Когда фотон солнечного света поглощается атомом кремния, он заставляет один из его электронов перемещаться на более высокий энергетический уровень, создавая «дыру» в атоме, где он находился.Электроны на соседних атомах могут перемещаться, чтобы заполнить эту дыру, оставляя новую дыру на атоме, который они только что оставили. Таким образом, и электрон, и дырка могут свободно перемещаться по материалу. В то время как пара, вместе называемая экситоном, остается связанной ненадолго, энергичное колебание соседних атомов в конечном итоге разделяет их.

    Кристалл кремния с любым количеством перемешанных электронов под высоким напряжением и соответствующими дырками не генерирует электричества, если их нельзя отсортировать.В этом заключается магия фотоэлементов.

    В процедуре, называемой легированием, к кремнию добавляются следовые количества определенных примесей для создания электростатического заряда: легирование бором заставляет кремний приобретать отрицательный заряд; допирование фосфором делает его положительным. Если кусочек кристаллического кремния осторожно легировать, чтобы сделать верхний слой положительным, а нижний — отрицательным, в месте их встречи образуется электрическое поле.

    Это электрическое поле выполняет важную функцию сортировки, необходимую для выработки электроэнергии.Электроны, сталкивающиеся с полем, уносятся в отрицательно заряженную область, а дырки уносятся в положительно заряженную область. Металлические выводы затем проводят электроны с отрицательной стороны в цепь, где ток может использоваться для питания электрических устройств. В конечном итоге схема возвращает электроны обратно на положительно заряженную сторону ячейки, где, вернувшись на более низкий энергетический уровень, они рекомбинируют с дырками. Ник Сатклифф

    Диаграммы любезно предоставлены Марком Луском

    Квантовые солнечные элементы могут объяснить, почему растения зеленые

    Автор: Лия ​​Крейн

    Квантовые фотоэлементы могут копировать растения

    Натаниэль Габор QMO Lab

    Следующая волна солнечных батарей может быть зеленой… в буквальном смысле.Квантовая механика помогает создавать более совершенные солнечные элементы — и может дать нам другое представление о том, почему растения становятся зелеными в процессе.

    Большой проблемой солнечной энергетики является то, что солнечный свет непостоянен: из-за сезонных изменений, ночного времени и облачности количество солнечного света, попадающего на панели, постоянно меняется. Это означает, что мы должны регулировать мощность ячеек, чтобы сетка не горела в солнечные дни, а свет не мигал при прохождении облаков. Проблема в том, что это снижает эффективность панелей.

    Это потенциальная проблема и для растений. В отличие от солнечных батарей, растения могут регулировать уровень освещенности, рассеивая часть солнечной энергии в виде тепла. Но оказывается, что зеленый цвет растений тоже может иметь значение.

    Натан Габор из Калифорнийского университета в Риверсайде случайно натолкнулся на эту идею. «Я сидел на этом семинаре и подумал про себя:« Физикам часто приписывают объяснение, почему небо голубое », — говорит он. «Я подумал, а почему растения зеленые?»

    Габор обнаружил, что, хотя существует множество гипотез, ни одна из них не была окончательно доказана.«У эволюционных свидетельств есть несколько недостающих звеньев», — говорит он. Поэтому, когда он и его команда разработали солнечную батарею, которая могла бы эффективно регулировать потребляемую и выходную мощность, они были удивлены, обнаружив потенциальный ответ.

    Зеленая дилемма

    Когда молекула в солнечном элементе поглощает солнечный свет, некоторые из ее электронов перескакивают на более высокий энергетический уровень. Молекула не может удерживать эту энергию, поэтому она передает электрон другой молекуле, создавая электрический ток.

    Различные материалы чувствительны к разным длинам волн, поэтому можно настроить вашу клетку так, чтобы она реагировала на разные виды света.

    Если бы солнечный элемент или растение просто потребляли максимально возможное количество энергии, поглощение зеленого света было бы очевидным выбором: солнце излучает больше зеленого света, чем любой другой цвет. Однако большинство растений его отражают, придавая им свой цвет.

    Это совпадает с расчетами Габора: он и его команда обнаружили, что лучший способ для ячеек поддерживать высокую эффективность — это принимать свет двух разных цветов, ни один из которых не был зеленым.В течение дня, когда количество света с разными длинами волн меняется, ячейка принимает больше одного цвета и меньше другого, чтобы поддерживать стабильный выход.

    Габор считает, что обилие зеленого света делает его нежелательным как для растений, так и для солнечных батарей. Чем больше света вы получаете на определенной длине волны, тем сильнее колеблется этот сигнал, что затрудняет его эффективное поглощение.

    «Зеленый свет очень шумный только потому, что его много в нашем солнечном спектре», — говорит он.«Растения на самом деле не хотят этого очень шумного света, потому что их сложнее настроить, чтобы создать устойчивый поток энергии».

    Ричард Когделл из Университета Глазго, Великобритания, однако, скептически относится к этому объяснению.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *