Ученые России и Франции общими усилиями разработали современный способ создания люминесцентных концентраторов энергии солнца. Уже получены образцы устройств, которые по эффективности изменения световой энергии в электрическую сравнимы с прекрасными мировыми моделями.
Это достижение науки очень важно в свете произрастающей важности возобновляемых источников энергии, которые дают возможность целесообразнее применять натуральные ресурсы, не разрушая при этом естественную среду проживания. Довольно востребованный из возобновляемых источников энергии – это солнечная энергия. Так или иначе, именно от солнечных лучей планета Земля получает 99% собственной энергии, но, перед тем как стать доступной для человека, эта энергия проходит много химических и физических преобразований. Устройства, разрешающие легко и успешно преобразовывать солнце в переменный ток, решили бы очень много проблем человечества. Разработка современного типа люминесцентных концентраторов стала одним из шагов, ведущих к появлению подобных устройств. Пока что доля энергии солнца в мировой энергетике очень скромна: из сотни киловатт часов электрической энергии лишь два были получены при помощи фотоэлектрических панелей.
Два самых серьёзных препятствия к увеличению этой доли – большая цена фотоэлектрических панелей и их сравнительно невысокий КПД. За полвека, прошедшие с момента изобретения первых фотоэлементов, при массовом производстве удалость увеличить их КПД с пяти процентов до десяти-пятнадцати. А наиболее подходящие лабораторные образцы показывают КПД, достигающий сорока процентов, и есть способы для его последующего увеличения.
Один из путей для достижения большого КПД – разработка устройств, действующих по принципу концентрации энергии света вместе с применением эффекта люминесценции. Использование люминесценции позволяет раздвинуть диапазон частот, в котором световые волны успешно улавливаются фотоэлементами. По этой причине люминесцентные солнечные концентраторы (ЛСК) при прочих равных будут работать лучше, чем обыкновенные солнечные концентраторы, применяющие лишь малую долю солнечного спектра.
Собственно на вопросах получения люминесцентных концентраторов и сосредоточилась группа российских учёных, входящая в большой всемирный коллектив. В составе этого коллектива – 4-ре организации: ВУЗ физики имени Степанова, ВУЗ металлоорганической химии имени Разуваева, французский ВУЗ имени Шарля Жерара и ООО «Репер-НН».
Экспериментаторам получилось сделать работоспособную модель ЛСК, действуя так: заранее подготовив полимерную композицию, они растворяли в ней специально выбранные светонакопительные пигменты светящиеся в темноте. Эти светонакопительные пигменты светящиеся в темноте дальше облучались светом, под влиянием которого они отверждались, образовывая каст-пленки толщиной 250 мкм. Получившуюся плёнку наклеивали на стеклянную пластину сантиметровой толщины, к торцам которой прикреплялись фотоэлементы.
Померяв КПД полученных образцов ЛСК, ученые выяснили, что они обладают более большим коэффициентом концентрации энергии и преобразуют солнце в электричество очень результативно, в сравнении с уже популярными устройствами подобного рабочего принципа. Одной из причин собственного успеха ученые считают то, что выбранные ими люминофорные комплексы, синтезированные впервые, обладают фактически нулевым самопоглощением. Эта характерность дает возможность почти без потерь передавать испускаемый ими свет по оптическим волноводам.
Ноу-хау авторов необычного устройства заключается в современном способе получения органических комплексов редкоземельных элементов, которые считаются важным светоизлучающим элементом. Учёные применили оригинальный метод, названный ими темплатным синтезом. При темплатном синтезе непростая молекулярная структура сама собой образуется вокруг атома металла, собираясь из довольно простых блоков.
Ученые рассчитывают ещё больше увеличить КПД изготавливаемых ими ЛСК, сделав их в несколько уровней. Бутерброд из 2-ух слоёв, каждый с собственным спектром поглощения («тандем»), даст возможность существенно повысить результативность изменения солнечного света в электричество. В перспективе возможно создание аналогичного бутерброда из трех слоёв либо даже из большего их количества.
Изобретатели убеждены в том, что при помощи разработанного ими способа можно конструировать стационарного типа солнечные концентраторы, которые будут на равных конкурировать с самыми эффективными из имеющихся К настоящему моменту моделями. В дальнейших планах научного коллектива сотрудников – оптимизация приобретаемых ЛСК по набору и составу используемых светонакопительных пигментов светящихся в темноте, и еще исследование влияние геометрии разработанного ими устройства на его КП