Нанотехнологии и интересные разработки
Американская солнечная инициатива
14,2-МВт система SunPower
Имя президента Билла Клинтона связано с Национальной нанотехнологической инициативой США, получившей широкий резонанс в научном сообществе всего мира и беспрецедентную финансовую поддержку. Действующий президент США Дж. Буш также проявил энтузиазм по отношению к научным исследованиям, связав свое имя с Американской Солнечной инициативой (President Bush’s Solar America Initiative), весьма популярной в национальной университетской среде. Конечная цель инициативы Буша – достижение к 2015 г. паритета по стоимости солнечной и традиционной электроэнергии [1].
В рамках Солнечной инициативы Министерство энергетики США (U.S. Department of Energy, DOE) сформировало партнерство «Солнечные города Америки» (Solar America Cities), включающее 25 городов по всей территории США. Цель партнерства – ускорить адаптацию солнечных энергетических установок в городскую инфраструктуру. Наряду с администрацией городов в партнерство входят МЭ США и его Национальные лаборатории, государственные ведомства, университеты, солнечные компании, электроэнергетические компании. В 2008 г. МЭ выделило 2,4 млн. долл. для поощрения городов, наиболее активных в поддержке разработчиков солнечной технологии и в создании солнечной инфраструктуры. В 2008 г. 12 городов США (Denver, CO; Houston, TX; Knoxville, TN; Milwaukee, WI; Minneapolis – St. Paul, MN; Orlando, FL; Philadelphia, PA; Sacramento, CA; San Antonio, TX; San Jose, CA; Santa Rosa, CA; Seattle, WA) получили по 200 тыс. долл. от МЭ для поддержки солнечных усилий [2].
МЭ финансирует две национальные программы – с ноября 2007 г. программу «Будущие поколения фотовольтаических приборов и процессов», а с марта 2008 г. программу «Разработка фотовольтаических процессов и продуктов в университетах». Цель первой программы – разработать к 2015 г. прототипы солнечных ячеек и технологические процессы для их производства таким образом, чтобы в период 2020–2030 г.г. перейти к полномасштабной коммерциализации с потенциально более дешевой (в сравнении с традиционной) электроэнергией. В разработках основной акцент на технологии переднего края – нанотехнологии, матрицы квантовых точек, квантовые нити и нанотрубки [3].
Вторая (университетская) программа с объемом финансирования 13,7 млн. долл. [1] включает 11 проектов, расчитанных на трехлетний срок (2008–2010 г.г.). Проекты будут выполняться совместно университетами и коммерческими компаниями при ведущей роли университетов. Цель проектов – найти фундаментальные законы, которые позволят к 2015 г. снизить стоимость фотовольтаического электричества с сегодняшнего уровня 0,18–0,23 долл/кВт час до 0,05–0,10 долл/кВт час. Каждый университет будет тесно работать с промышленным партнером, чтобы открытые учеными фундаментальные закономерности быстро трансформировались в производственные процессы и рыночные продукты. В Таблице – перечень проектов и выбранных для их исполнения дуэтов, трио и квартетов.
Таблица. Солнечные проекты МЭ США, выполняемые в течение 2008–2010 г.г. под эгидой университетов (обратите внимание на целевую эффективность преобразования солнечного излучения)
| № п | Ведущий университет | Компании-партнеры | Темы проектов |
| 1. | Arizona State University | SolFocus, Inc., Soliant Energy, Inc. | Оценка параметров фотовольтаических приборов в соотвествие со стандартными спецификациями, принятыми в электроэнергетике |
| 2. | California Institute of Technology | Spectrolab, Inc. | Формирование основанных на InP многопереходных солнечных элементов на 100 мм ленточных подложках для достижения эффективности преобразования >40% |
| 3. | Georgia Institute of Technology | SiXtron Advanced Materials, Inc. | Методы изготовления контактов для следующего поколения высокоэффективных (17–20%) кремниевых солнечных элементов |
| 4. | Massachusetts Institute of Technology | CaliSolar, Inc.; BP Solar International, Inc. | Моделирование высокоэффективных (18–22%) кристаллических кремниевых элементов с низкой стоимостью |
| 5. | North Carolina State University | Spectrolab, Inc | Подбор узкозонных поглотителей для ультравысокоэффективных (45%) многопереходных солнечных элементов |
| 6. | Pennsylvania State University | Honeywell International, Inc. | Органические полупроводниковые гетеропереходные солнечные элементы большой площади для эффективного преобразования (>7%) солнечной энергии |
| 7. | University of Delaware Institute of Energy Conversion | Dow Corning | Разработка недорогих подложек для тонкопленочных CIGS (CulnGaSe) фотовольтаических приборов |
| 8. | University of Delaware, Institute of Energy Conversion | SunPower Corporation | Высокоэффективные (>26%) кремниевые гетеропереходные солнечные элементы, имеющие контакты с обратной стороны подложки |
| 9. | University of Florida | Global Solar Energy Inc.; International Solar Electric Technology Inc.; Nanosolar Inc.; Solyndra Inc. | Пути быстрого синтеза CIGS (lnGaSe)поглотителей |
| 10. | University of Toledo | Calyxo USA, Inc. | Улучшение условий осаждения тонкопленочных CdTe слоев |
| 11. | University of Toledo | Xunlight Corporation | Ускорение производства тонкопленочных эффективных (>10%) кремниевых солнечных элементов большой площади с использованием плазменных процессов |
На особом положении оказался Массачуссетский институт технологий (Massachussets Institute of Technology, MIT), который значительно расширяет исследования в области солнечной энергетики, получив в дар от частного фонда (Chesonis Family Foundation) 10 млн. долл. на проект «Солнечная революция» (Solar Revolution Project, SRP) [4]. Цель проекта – поиск новых материалов и систем, которые могли бы ускорить становление солнечной энергетики, перенести сроки освоения из будущего в настоящее. Работы будут координироваться с другими солнечными проектами в институте, чтобы объединить усилия для решения всего спектра проблем – «захват» солнечного излучения, его преобразование в электроток и способы хранения. Другой проект – MIT Energy Initiative (Mitei) – имеет бюджет более 100 млн. долл. и направлен на поиск новых научных знаний, которые будут способствовать созданию конкурентоспособных источников солнечной энергетики. Выбранный способ инвестирования предоставляет ученым MIT полную свободу поиска, в частности, в постановке рисковых проектов. Будет создано 30 студенческих проектов с разветвленной тематикой – от новых материалов до использования солнечной энергии при производстве топливного водорода из воды.
Привлечению студентов университетов к проблемам солнечной энергетики во многом способствовало «Солнечное десятиборье» («Solar Decathlon»), замечательные студенческие соревнования, проводимые один раз в два года под эгидой Министерства энергетики [5]. В 2007 г. в них принимали участие команды 20 университетов. Каждая команда должна спроектировать и построить в течение 3-х недель так называемый «солнечный дом» площадью около 100 кв.м. Оценка проводится по десяти критериям, включая архитектуру, стоимость, эффективность солнечных устройств и т.д. Солнечные элементы должны вырабатывать электрическую мощность, достаточную для освещения, работы бытовых электротехнических устройств и зарядки батарей электромобиля. На фото – студенты устанавливают солнечные панели на крыше построенного ими дома.
С.Т.К.
nanonewsnet.ru