Принтер для солнечных батарей

Кубанский ученый разработал технологию печати солнечных панелей на принтере

Печать гибких солнечных батарей от Дмитрия Лопатина

МЕСТО ПОД СОЛНЦЕМ

Идея создания гибких батарей родилась у выпускника аспирантуры кафедры радиофизики и нанотехнологий КубГУ, когда он, будучи студентом, проходил практику на краснодарском предприятии «Сатурн», которое занимается разработкой солнечных и аккумуляторных батарей для космических кораблей. «Меня всегда интересовали экологические проекты, позволяющие хотя бы частично уменьшить зависимость от энергоресурсов», – объясняет свое увлечение Дмитрий Лопатин. Сегодня работа над технологией является одним из проектов компании Wira Energy, созданной Лопатиным в 2011 году совместно с еще одним лауреатом Зворыкинской премии, москвичом Александром Атамановым. «Мы в Краснодаре больше занимаемся собственными разработками, – объясняет Дмитрий Лопатин. – Функции Александра (Атаманова. – Прим. ред.) – бизнес, встречи и переговоры. Помимо проектов Wira Energy у него есть еще и два своих». Над технологией производства гибких солнечных батарей краснодарец вместе с однокурсником Олегом Барановым, а также аспирантами и студентами КубГУ работает уже около трех лет. Свои разработки они проводят частично на базе университета, частично – на заводе «Сатурн».

Предложенный краснодарцами тип тонкопленочных солнечных модулей сегодня менее развит, чем батареи на кристаллическом кремнии. Общий объем их производства в мире составляет примерно четверть от всей фотоэлектрической промышленности. Особенность подобных панелей в том, что полупроводник в них осаждается на подложку тонким слоем (толщиной порядка одного микрона). А в качестве полупроводника могут выступать различные материалы, обладающие способностью поглощать свет.

Тонкопленочные модули не требуют прямых солнечных лучей и работают при рассеянном излучении. Поэтому их суммарная годовая мощность на 10-15% больше, чем у традиционных кристаллических солнечных панелей.

Кроме того, подобные батареи более эффективны в условиях тумана, пасмурной погоды, а также в местах с высоким содержание макрочастиц в воздухе. Единственным их недостатком является то, что они занимают площадь в 2,5 раза больше, чем моно- и поликристаллические панели.

«Наши модули состоят из слоя пластика и непосредственно самого слоя батареи, – поясняет Дмитрий Лопатин. – Качества батарей мы добиваемся за счет того, что наносим слои равномерно, тонким распылением». По словам краснодарца, использование недорогих материалов, а также снижение их расхода за счет технологии приводит к уменьшению удельной стоимости получаемой энергии примерно в 4 раза. Это позволяет значительно сократить срок окупаемости панелей. Кроме этого, устройства по производству батарей позволяют в автоматизированном режиме печатать целые рулоны солнечных ячеек. «Сейчас для производства одного квадратного метра панелей требуется около двух часов. В перспективе мы хотим добиться результата в 30 квадратов за сутки», – объясняет г-н Лопатин.

Себестоимость 1 кв. м солнечных батарей составляет 3-4 тыс. рублей, а затраты, понесенные на создание установки для производства ячеек, – порядка 300-400 тыс. рублей. Основной доход Wira Energy планирует получать от продажи батарей, но не исключается и возможность реализации установок. И хотя область применения гибких панелей довольно широка, компания в большей степени ориентируется на использование своих батарей для электростанций. «Подобные модули могут использоваться для тех же нужд, что и обычные кристаллические, плюс благодаря гибкости их можно встраивать в одежду, палатки и другое туристическое снаряжение. Однако нас больше интересует использование панелей на крышах домов», – рассказывает Дмитрий Лопатин.

Именно производство солнечных батарей для электростанций сегодня занимает большую часть мирового рынка – 90%. Оставшиеся 10% приходятся на текстильную промышленность. По данным РБК, основными предприятиями по объемам выпуска солнечных фотоэлементов и модулей в России являются «Солнечный ветер» (Краснодар), «ТелекомСТВ» (Москва, Зеленоград), московское предприятие «Всероссийский НИИ электрификации сельского хозяйства» (ВИЭСХ), «Сатурн» (Краснодар) и СОЛЭКС (Рязань). Их доля на рынке страны – более 80%, в мире же российским компаниям принадлежит лишь около 1% общего объема производства. Дмитрий Лопатин считает, что их продукции вполне по силам выйти на международный рынок. «Главными технологическими конкурентами для нас сейчас являются американские компании Nanosolar и Twin Creeks Technology. Они используют похожие решения, однако наша технология в некоторых областях точнее и дешевле», – объясняет Лопатин.

ЭНЕРГИЯ ГРАНТОВ

В свой проект краснодарцы уже вложили около 600-700 тыс. рублей. Из них 500 тысяч составили правительственные гранты и лишь 200 тысяч – собственные средства компании. Со своей технологией Дмитрий Лопатин стал лауреатом конкурса «Энергия молодости», организованного фондом «Глобальная энергия», а также получил помощь от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (фонд Бортника). Общая сумма грантов составила более 1 млн рублей. Еще на 1 млн рублей краснодарцы могут рассчитывать в случае присуждения Зворыкинской премии. Проект уже дошел до полуфинала конкурса, набрав по итогам первого этапа наибольшее количество баллов в номинации «Чистые технологии».

По словам Дмитрия Лопатина, чтобы доработать до конца образец устройства для печати батарей, потребуется еще около 3-4 млн рублей. «Мы уже изготовили небольшую установку для производства. Недавно из США пришли детали для второй. Когда будет готова более масштабная модель, можно будет выходить на рынок», – рассказывает разработчик. Сейчас проект не имеет инвесторов, но разработкой активно интересовались представители Российской венчурной компании, а также ГК «Ренова». Последняя, кстати, недавно вместе с Роснано запустила в Новочебоксарске предприятие полного цикла по производству солнечных модулей на базе технологии тонких пленок.

Однако сам Дмитрий Лопатин считает, что вкладывать деньги в проект пока рано. «Для начала необходимо отладить технологию, – говорит молодой ученый. – А вот через год, когда все необходимое будет сделано, имеет смысл привлекать инвестиции для масштабирования производства». Именно совершенствование технологии станет главной задачей разработчиков на ближайшее время. Недавно они нашли еще одно помещение для работы в нескольких километрах от Краснодара. Там молодые специалисты планируют запустить тестовое производство своих батарей.

КОРЕЙСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

Проекты «Печатаемые гибкие солнечные батареи» и W.IRA являются основными для компании Wira Energy. И если первый пока еще находится на стадии разработки, то последний вот-вот должен появиться на рынке. Недавно компания получила российский патент на изобретение, а также запустила серийное производство встраиваемых в столешницы блоков для зарядки смартфонов.

Технологию российских разработчиков уже высоко оценил соучредитель Apple Стив Возняк, со своими предложениями к краснодарцам обратились Nokia и Samsung. С представителями последней создатели W.IRA должны в скором времени подписать контракт. По словам Дмитрия Лопатина, сумма сделки оценивается в несколько десятков миллионов долларов. «Мы пока на стадии подписания соглашения. Недавно была оформлена международная патентная заявка. Но чтобы Samsung смог внедрить наше изобретение, необходимо еще подать несколько заявок по странам, в том числе и в Корее», – рассказывает аспирант КубГУ. Пока же команда Лопатина размышляет над тем, как лучше поступить со своим изобретением: производить самим или использовать трансфер технологий. «Мы больше склоняемся к промежуточному варианту. Линзы для поля будем делать сами. Остальное передадим в Samsung, у них получится сделать лучше и дешевле», – поясняет Лопатин.

Сейчас первоочередная задача для краснодарца – вывести главные продукты компании на рынок. А после этого, как признается сам ученый, он хотел бы заняться разработками, связанными с медициной. «Есть у меня еще один проект – компактный магнитный энцефалограф для лечения нервной системы. В нем частично используются технологии, ранее реализованные в беспроводных источниках питания. Только здесь они применяются для магнитной стимуляции мозга, – рассказывает изобретатель. – Также параллельно идет работа над системой магнитной энцефалографии. Ее отличие в том, что считываются не электрические потенциалы, а слабое магнитное поле мозга, которое примерно в тысячу раз слабее магнитного поля Земли. Эти датчики позволят лучше считывать глубинные сигналы мозга и создать более совершенные модели нейрокомпьютерных интерфейсов».

Пока ученые больше сконцентрированы на лечении заболеваний и заняты созданием шлема, позволяющего проводить стимуляцию головного мозга с целью избавления от последствий инсультных параличей и заикания. По словам Дмитрия Лопатина, область медицины его всегда привлекала. Единственным ее недостатком он считает длительный период разработки – от начала работы над проектом до внедрения медицинской технологии проходит, как правило, не менее пяти лет.

Источник

Солнечные батареи размером А3 печатают на принтере

Достижение успеха в печати солнечных панелей

Недавно группа ученых из разных австралийских университетов разрабатывала технику печати солнечных элементов. Ученые заявили о том, что создание машин, которые способны печатать панели большого размера. Это открывает возможности для пользования солнечной батареи, так как делает изготовление их дешевым, массовым.

Ученым и инженерам уже удавалось печатать солнечные панели размером около 297х420 мм. Это соответствует нормальным размерам листа, формата А3. За десять минут принтер может печатать десяти — метровый лист с солнечным фотоэлементом. Для печатей панелей ученые используют фотогальванические чернила, принтер, примерно стоимостью $ 200тысяч. Технологии, как отмечают ученые, аналогичны той, что используется при печати изображений на одежде, например на футболках.

Полезное применение солнечных батарей

Авторы самого проекта считают достижение успехом. Говорят о применениях подобных батарей в разных сферах жизни.

• Батареи смогут находить применение в рекламных вывесках, которые будут высвечиваться с их помощью ночью. Плакаты рекламы теперь станут активными, так как дешевый, надежный источник энергии будет рядом, что даст возможности использовать вместо текстиля, полимеров обычные LCD-панели.
• А еще такие батареи можно строить в кейсы, сумки, чехлы, даже на крышку портативного устройства, которые могут быть подзаряжены также во время активной работы.

Возможности солнечных панелей

VICOSC занимается подобным проектом уже около трех лет. А начиналось все просто: с печати батареи площадью около 1 см 2, с новым принтером, цена которого составляет примерно 200 тыс долларов. Появилась возможность изготавливать батарею площадью около 30 см2.

В основах технологий лежит пользование полупроводниковых чернил. Они наносятся на поверхности тонкого листа пластика. Принтер напечатает скоростью десять метров в минуту. Это дает хорошую возможность произвести одну батарею форматом А3 всего за две секунды.

Ученые также говорят про возможность наносить печатный состав солнечной панели на абсолютно любую поверхность. В будущем ведь можно будет создать солнечные батареи на поверхностях крыш, окна, стены. Благодаря активному развитию подобной технологии, она может быть первой общедоступной по-настоящему. Это позволит каждому человеку получать нужное количество фото — электрических панелей.

По мере того как все исследователи могут уменьшить масштабы оборудования, возможность этих технологий становятся больше. В конечном итоге мы можем закрывать подобным ламинированием окна многих небоскребов.
Посредством прямой печати на такие материалы как например сталь, мы можем встраивать солнечные панели в кровельных конструкциях. Органические панели, которые производят почти 10-50 Вт энергии на один квадратный метр, также смогут быть использованы для улучшений эффективности кремниевой батареи.

Прогнозирование будущего применения солнечных панелей учеными

Ученые дальше прогнозируют, что в будущем мировой энергетический микс сможет включить множество нетрадиционных энергетических источников. Мы должны будем оставаться на верхней границе в разработках новой технологии, которая стимулирует науку, поддерживают локальное высокое технологичное производство.

Принтер, возможно, сможет превращать пластик, металл в панели, размером почти с ноготь до формата А3. Известный доктор Скотт Уоткинс из CSIRO говорит, что такие элементы найдут широчайшее применение на крыше домов, также на стеклянных поверхностях, что интересно даже для зарядки личного цифрового устройства. Почти за три года, как отмечают исследователи могли бы увеличивать размер печатаемых элементов от 2 см до 30 см в ширину.

Интересно посмотреть — обзор солнечной батареи для зарядки планшетов и гаджетов

Источник

Струйный принтер: создаём солнечные батареи

Струйная технология печати не перестает развиваться и затрагивает все больше производственных областей. С помощью струйного принтера можно печатать даже солнечные батареи.

На разработку альтернативных источников электроэнергии весь мир тратит огромные бюджеты. Классические солнечные батареи обходятся очень дорого. Решить такую проблему поможет принтер Dimatix Materials Printer (DMP) от компании FUJIFILM Dimatix.

С помощью представленного принтера удалось изготовить элемент солнечной батареи с помощью струйной технологии печати. Использовать Dimatix Materials Printer для решения такой нестандартной задачи решили специалисты компании Konarka Technologies. Изготовленные таким методом фотоэлектрические элементы практически ничем не уступают своим собратьям, которые производятся в специальных «чистых комнатах» с применением всех необходимых технических процессов.

Этим же вопросом занимаются российские ученные при поддержке инновационного центра «Сколково» и РОСНАНО. Технология такого рода позволяет использовать более широкий спектр материалов, которые можно использовать в качестве подложки.

Российские ученые утверждают, что солнечные батареи можно будет печатать на любых материалах. Каждый из желающих может покрыть фотовольтаникой оконное стекло, шторы и даже одежду.

Солнечные батареи, напечатанные на шторах, — это будущее. А вот в настоящем уже можно наносить изображения на ткань, посуду и другие предметы. Это позволяют сублимационные чернила.

Как видите, еще в одном направлении струйная печать позволяет экономить и сохранять экологию планеты.

Источник