Перспектыва сонечнай энергетыкi шмат у чым будзе абапiрацца на сонечныя панэлi, iнтэграваныя ў канструкцыi будынкаў, аўтамабiляў, транспартнай iнфраструктуры. Гэта дазволiць спрасцiць выкарыстанне сонечнай энергii ў самых разнастайный праектах без шкоды для эстэтыкi i якасцi. Сонечныя панэлi з ультратонкiм пакрыццём вельмi лёгкiя, таму iх можна смела манцiраваць прама ў дах будынка, не баючыся перагрузак. Навукоўцы Беларускага дзяржаўнага тэхналагiчнага ўнiверсiтэта трымаюць руку на пульсе. Яны прапанавалi сваю канцэпцыю аднаго з ключавых элементаў сонечных батарэй — ультратонкае i пры гэтым ультрамоцнае ахоўнае шкло. Карэспандэнт «Р» даведалася падрабязнасцi.
Ёсць iдэя!
Першымi, хто загаварыў пра гнуткае шкло, былi фантасты. У кнiгах i кiнафiльмах галоўныя героi выкарыстоўвалi самыя незвычайныя прылады, сярод якiх сустракалiся гаджэты з гнуткiмi i складанымi экранамi. Сёння тэхналогiя гнуткiх дысплэяў ужо не здаецца такой фантастыкай.
Выпрабаванне шкла на механiчную трываласць.— Ультратонкае лiставое шкло i гнуткiя шкляныя плёнкi шырока прымяняюцца пры вырабе электронiкi (тэлевiзары, планшэты, смартфоны), у вытворчасцi шклопакетаў i сонечных батарэй, — уводзiць у курс справы загадчык кафедры тэхналогii шкла i керамiкi БДТУ Юрый Паўлюкевiч. — Чым шкло адрознiваецца ад палiмераў? Яно больш трывалае, валодае высокiм святлопрапусканнем i гнуткасцю. Святлопрапусканне, напрыклад, складае 91—93 працэнты. Гэта даволi высокi паказчык.
Калi гаворка заходзiць пра сонечную энергетыку, мае значэнне кожны працэнт святлопрапускання, бо ён напрамую ўплывае на ККД батарэй. У традыцыйнага шкла каэфiцыент святлопрапускной здольнасці 89—90 працэнтаў. Iснуюць два спосабы павышэння гэтага значэння: зрабiць ультратонкае шкло альбо панiзiць каэфiцыент святлоадбiтку. У першым выпадку неабходна выкарыстоўваць крайне чыстыя матэрыялы для вытворчасцi, гэта значыць без якiх-небудзь прымесей, i ствараць вельмi тонкае шкла. Другi спосаб — наносiць на шкло спецыяльнае пакрыццё, якое змяншае каэфiцыент адбiтку, за кошт чаго павялiчваецца святлопрапусканне.
У лiстападзе гнуткiя шкляныя плёнкi для сонечных батарэй, створаныя ў БДТУ, навукоўцы прадставiлi на мiжнароднай выставе iмпартных тавараў i паслуг China International Import Expo ў Шанхаi. Наведвальнiкi высока ацанiлi эфектыўнасць тэхналогii. Яна нi ў чым не саступае замежным аналагам у сваiм класе. Пры гэтым атрыманае шкло ўстойлiвае да высокiх тэмператур i разбуральнага ўздзеяння ультрафiялету, што абумоўлiвае яго доўгi тэрмiн службы.
Поспехi ў распрацоўцы i стварэннi танкаплёначных сонечных элементаў прывялi да развiцця цэлага напрамку — гнуткiх сонечных батарэй— Гiсторыя з’яўлення сонечных батарэй бярэ свой пачатак з часоў стварэння першых касмiчных апаратаў. Сонечныя батарэi — адзiн з асноўных спосабаў атрымання электрычнай энергii ў космасе, — звяртаецца да гiсторыi пытання Юрый Паўлюкевiч. — Яны працуюць доўгi час без расходу якiх-небудзь матэрыялаў i з’яўляюцца экалагiчна бяспечнымi ў адрозненне ад ядзерных i радыёiзатопных крынiц энергii. Вывесцi на арбiту батарэi, пакрытыя звычайным шклом, — задача даволi складаная. Так з’явiлася неабходнасць у стварэннi лёгкага i пры гэтым трывалага ахоўнага шкла, якое да таго ж было б устойлiвым да радыяцыi.
Поспехi ў распрацоўцы i стварэннi танкаплёначных сонечных элементаў прывялi да развiцця цэлага напрамку — гнуткiх сонечных батарэй. Магчымасць змены формы пашырае галiны iх прымянення. Напрыклад, замена дысплэя смартфона або ноўтбука на новы «сонечны» экран дазволiць iстотна павялiчыць тэрмiн яго працы без падзарадкi.
Пад прыкрыццём
Тып шкла, якi выкарыстоўваецца на сонечных батарэях, мае вялікі ўплыў на працу ўсёй сiстэмы ў цэлым.— Таннае шкло можа помутнеть з часам, а гэта памяншае эфектыўнасць сонечнай батарэi. Разбiтае шкло стварае праблемы агульнай бяспекi. Нават калi яно проста трэснула, унутр можа трапiць вада i паўстане пагроза пажару, бо вада i электрычнасць несумяшчальныя, — кажа Юрый Паўлюкевiч.
У невялiкай лабараторыi пры БДТУ на ўстаноўцы, створанай уласнымi сiламi, навукоўцы вырабляюць узоры i праводзяць тэставыя выпрабаваннi. Сёння ультратонкае шкло тут атрымлiваюць спосабам вертыкальнага выцягвання. Не ўдаючыся ў тэхнiчныя дэталi, складаныя для ўспрымання далёкага ад фiзiкi чалавека, скажу, што гэты метад дазваляе атрымаць шкло таўшчынёй менш за 1 мiлiметр.
У лабараторыi пры БДТУ ультратонкае шкло атрымлiваюць спосабам вертыкальнага выцягвання— Зараз самы распаўсюджаны метад атрымання шкла — флоат-спосаб. Аднак у яго ёсць свае мiнусы. Самае тонкае шкло, якое можна атрымаць такiм спосабам, таўшчынёй 0,7 мiлiметра, — распавядае Юрый Паўлюкевiч. — Мы выкарыстоўваем метад вертыкальнага выцягвання, таму што з яго дапамогай можна атрымаць шкло таўшчынёй нават 0,2 мiлiметра.
Атрыманне ультратонкага шкла трэба разглядаць у бесперапыннай сувязi з магчымасцю павышэння трываласцi. Ад гэтага залежаць яго надзейнасць i тэрмiн службы.
— Тэрмiчная загартоўка шкла таўшчынёй усяго 2 мiлiметры немагчыма або малаэфектыўна, паколькi патрабуе высокiх тэмператур, — акцэнтуе ўвагу Юрый Паўлюкевiч. — Для ўмацавання ультратонкага шкла мы выкарыстоўваем метад iоннага абмену. Ён выдатна падыходзiць для сiтуацый, калi недапушчальна самаразбурэнне i пагаршэнне аптычных уласцiвасцей або патрабуецца выраб шматслаёвай кампазiцыi высокай надзейнасцi. Кажучы простымi словамi, у паверхнi шкла замяшчаем дробныя катыёны на буйныя. Паверхневая структура цвярдзее, такiм чынам трываласць павялiчваецца.
Метад iоннага абмену дазваляе ў 3—6 разоў павысiць трываласць шкла, захоўваючы яго празрыстасць. Адначасова з павелiчэннем трываласцi ультратонкае шкло i вырабы з яго набываюць высокую празрыстасць, павышаную тэрмаўстойлiвасць i цвёрдасць паверхнi, а таксама хiмiчную ўстойлiвасць. Усё гэта iстотна пашырае галiны яго прымянення.
Напрыканцы гутарка заходзiць аб перавагах танкаплёначнага шкла перад iншымi яго вiдамi. Аказваецца, дзякуючы гнуткасцi нанесцi такiя элементы становiцца магчыма на паверхнi любой канфiгурацыi — шкляныя фасады будынкаў, вокны i аўтамабiлi. Гэта робiць iх ужо гатовымi крынiцамi электраэнергii. З-за нiзкага сабекошту такое шкло мае ўсе шансы стаць лiдарам ужо ў блiжэйшыя гады.
Юрый Паўлюкевiч:
— Варта адзначыць высокую прадукцыйнасць танкаплёначных сонечных модуляў нават пры рассеяным святле ў параўнаннi з крышталiчнымi аналагамi. Гэта дазваляе выкарыстоўваць iх у рэгiёнах з пераважна пахмурным надвор’ем, напрыклад, як у Беларусi.
gorbatenko@sb.by
