3D-печать солнечных панелей – революция в возобновляемой энергетике

sculpteo-solar-panels-3d-printing-pv
Алексей Чехович
sculpteo-solar-panels-3d-printing-pv

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики | Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике | Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере? | Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов | Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать все более активно используется в энергетической промышленности. Место аддитивного производства в отрасли возобновляемой энергетики представляет большой интерес. Взгляните на ситуацию с изменением климата: сегодня получение энергии из экологически чистых источников является одной из важнейших задач.

Объемы ископаемого топлива стремительно сокращаются, и поэтому мы видим все больше электромобилей, ветровых установок и солнечных батарей. Однако большинство из них далеки от совершенства, а производство по-прежнему требует больших затрат. К счастью, исследователи уже работают над солнечными батареями, которые можно печатать на 3D-принтерах, чтобы максимально эффективно использовать солнце – неисчерпаемый источник энергии.

Вы знали, что 3D-печать – превосходный метод изготовления солнечных батарей? Исследователи утверждают, что аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%, а батареи, напечатанные на 3D-принтерах, – эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. В этой статье рассказано об эффективном использовании 3D-печати в сфере возобновляемой энергии, а точнее, в гелиоэнергетике. Кроме того, здесь рассмотрены методы 3D-печати фотоэлектрических элементов для солнечных батарей, а также исследования, посвященные данным методам.

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики

Аддитивное производство используется во множестве отраслей и может быть крайне эффективно для изготовления источников энергии. Цифровое производство –  превосходный метод реализации проектов в энергетической отрасли: качество изделий растет, а затраты на производство сокращаются. Перед производителями возобновляемых источников энергии стоит задача сократить расходы на производство. Давайте выясним, почему производителям систем с питанием от солнечной энергии или других экологически чистых источников следует обратить внимание на 3D-печать.

3D-печать оптимизирует процесс разработки продукта

3D-принтер – отличный инструмент для прототипирования: благодаря ему растет производительность и сокращаются расходы. Используя ПО для 3D-моделирования, модели можно менять до тех пор, пока не будет получена идеальная конструкция. Перед изготовлением систем и деталей можно выполнить столько итераций, сколько потребуется. Благодаря скорости и точности 3D-печати упрощается и быстрое прототипирование.

Быстрое прототипирование

Значительное сокращение расходов

Пытаетесь сократить расходы на прототипы и производство? Обратите внимание на 3D-печать. При ее использовании расходуется только необходимое количество материала, а выполнять итерации на 3D-принтере дешевле, чем методом литья под давлением, ведь вам не потребуется изготавливать новую пресс-форму и повторять весь процесс.

3D-принтеры повышают эффективность производства

Цифровые технологии подходят не только для прототипирования, но и для производства. У этих методов много преимуществ: например, на 3D-принтерах можно очень быстро изготавливать малые партии деталей. Кроме того, используя аддитивное производство, можно полностью управлять процессом и заказывать только необходимое количество деталей. Перечисленные особенности делают аддитивные технологии оптимальным решением для реализации всего проекта или изготовления отдельных деталей.

ПО Geomagic Design X
Фото: www.csiro.au

Аддитивные технологии – превосходный инструмент для научных исследований

Далее в статье мы поговорим о том, почему 3D-печать подходит для проверки ваших идей и работы с новыми материалами. Исследователи продолжают находить новые сферы применения 3D-печати: к примеру, она используется для производства экологически чистых энергетических устройств – таких как солнечные панели.

Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике

Что такое солнечные батареи?

Это блоки, преобразовывающие солнечную энергию в тепло или электричество. Они выполнены из фотоэлектрических элементов, в которых происходит ряд физических и химических явлений. Как правило, фотоэлектрические элементы делают из кристаллического кремния, однако сейчас активно разрабатываются новые материалы (недавний пример – технология тонкопленочных солнечных элементов). Качество и эффективность солнечных батарей, изготавливаемых традиционными способами, оставляют желать лучшего. Именно поэтому специалисты, изучающие аддитивные технологии, экспериментируют с целью создать высококачественные солнечные панели на 3D-принтерах.

Аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%

3D-печать – наилучшее решение для изготовления солнечных батарей

Одна из основных трудностей, возникающая в ходе разработки и производства возобновляемых источников энергии, – высокие затраты. Именно по этой причине такие источники доступны не всем. Мы видели, как 3D-печать подходит для реализации новых проектов, и производство солнечных батарей – отличный пример.

Прежде всего, для производства эффективных солнечных панелей высокого качества требуется множество исследований и разработок. Раньше фотоэлектрические элементы выполнялись из дорогих материалов. При разработке новых солнечных батарей и использовании материалов с новыми техническими свойствами требуется провести много испытаний и изготовить много прототипов. Подобные проекты должны быть тщательно продуманы, а для их демонстрации команде, инвесторам и будущим клиентам потребуются модели высокого качества. И здесь на помощь приходит 3D-печать, поскольку она позволит создать высококачественные прототипы. Кроме того, вы сможете проводить столько итераций, сколько потребуется. Аддитивные технологии подходят и для производства, однако вам потребуется найти 3D-принтеры, способные печатать из соответствующих материалов. Например, солнечные батареи изготавливаются из материала, который поглощает солнечный свет.

В теории, 3D-печать подходит для изготовления экологически чистых источников энергии по более низкой стоимости. Но так ли это на практике?

Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере?

Использование напечатанных солнечных батарей сокращает расходы на 50%

Исследователи Массачусетского технологического института утверждают, что аддитивное производство солнечных батарей помогает сократить расходы на 50%. Для изготовления таких установок не требуются дорогие материалы (например, стекло, поликристаллический кремний и индий). Очевидно, что реализация таких проектов возможна благодаря печати новых материалов на 3D-принтере. Например, не так давно стало известно о том, что производство фотоэлектрических элементов из синтетического перовскита дешевле.

ПО Geomagic Design X
Модель проекта ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: blog.csiro.au

Такие системы можно внедрять в развивающихся странах

Солнечные батареи можно изготавливать на 3D-принтерах, и они дешевле стеклянных панелей, изготовленных традиционными методами. Напечатанные солнечные батареи имеют меньший вес, поскольку они изготавливаются из сверхтонких полосок. Транспортировка таких батарей вызывает меньше трудностей. Эта технология становится доступнее, а значит, возобновляемые источники энергии можно внедрять практически везде и транспортировать их даже в развивающиеся страны, где существуют проблемы с электроснабжением.

Солнечные батареи, напечатанные на 3D-принтере, эффективнее на 20%

Солнечные батареи, изготовленные на 3D-принтере, на 20% эффективнее батарей, созданных традиционными способами. Это обусловлено появлением новых методов, материалов и возможностей проектирования, которые стали возможны благодаря 3D-печати. Солнечной энергетике были нужны инновации, а самое главное – сокращение стоимости. Похоже, 3D-печать совершит революцию в этой отрасли.

Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов

Новая технология 3D-печати фотоэлектрических элементов уже существует, и она может в корне поменять отрасль возобновляемой энергетики. Ниже приведены примеры того, как компании используют 3D-печать для производства солнечных батарей и как исследователи разрабатывают наиболее оптимальные варианты производства высококачественных фотоэлектрических элементов.

В австралийской организации CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) на промышленных 3D-принтерах изготавливаются рулоны фотоэлектрических элементов. Исследователи производят листы фотоэлектрических элементов формата A3, которые подходят для любых поверхностей (например, окон и зданий). Батареи из таких элементов функциональны и эффективны.

На сегодняшний день это крупнейшие фотоэлектрические элементы. Они выполняются из эластичного легкого пластика. Исследователи разработали чернила с фотоэлектрическими свойствами, которые наносятся на полоску из эластичного пластика. Процесс производства включает в себя покрытие полосок с помощью гравированного цилиндра, нанесение материала с использованием щелевой экструзионной головки, а также ракельную печать. Использование аддитивной технологии помогло изготовить систему высокой точности.

ПО Geomagic Design X
Поле солнечных панелей: проект ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: www.csiro.au

Австралийские специалисты используют солнечную энергию максимально эффективно, однако они печатают не только фотоэлектрические элементы. Например, они могут напечатать целое поле солнечных батарей, ведь в Австралии самая высокая плотность солнечного излучения в мире. 

Этот проект реализован Австралийской научно-исследовательской программой по солнечной энергии (ASTRI) и его ведущим партнером – CSIRO. Устройство собирает концентрированное солнечное излучение в виде тепловой энергии. Гелиостаты в буквальном смысле заполняют целое поле, концентрируя излучение Солнца в 50–1000 раз больше его обычной мощности. Преобразованная солнечная энергия хранится в вышке-приемнике.

Некоторые клиенты французской компании Sculpteo работают с солнечной энергией и используют 3D-печать. Например, основанная в 2014 году компания Simusolar налаживает работу солнечных электростанций в сельской местности Танзании, разрабатывая и внедряя компактные экологичные решения, которые помогают людям в повседневной жизни. Клиенты компании – фермеры, рыбаки и сельские жители, которым требуется оборудование, работающее от солнечного электричества. Simusolar использует 3D-печать, поскольку есть потребность во множестве кастомизированных деталей.

Цель компании Kyung-In Synthetic – снабдить солнечным электричеством отдаленные районы. Для этого было принято решение печатать солнечные батареи. В рамках проекта возобновляемые источники энергии стали доступны более чем одному миллиону людей. Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи выполнены из перовскита – минерала, в состав которого входит титанат кальция. Свойства фотоэлектрических элементов, изготовленных из перовскита, улучшаются с каждым годом, а значит, системы из таких элементов могут работать без снижения эффективности несколько лет. У этой технологии большое будущее.

Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи в Национальных лабораториях Сандия
Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи в Национальных лабораториях Сандия / Фото: 3dprint.com

Инженеры Национальных лабораторий Сандия (штат Нью-Мексико, США) работали над приемниками солнечного излучения и доказали, что они на 20% эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. Батареи были перенастроены и стали поглощать больше солнечного света. Благодаря особой конструкции они могут поглощать свет в различных масштабах.

Аддитивное производство позволяет инженерам создавать солнечные установки со сложной геометрией и значительно упрощает процесс проектирования. Исследователи создали панели жалюзийного типа, поглощающие больше света. Данная система работает без потери энергии. Сперва свет попадает на приемник, а затем поглощается.

Разумеется, для изготовления таких систем необходимо разрабатывать новые материалы и технологии. И если вам кажется, что производство солнечных батарей – сложный процесс, эти примеры демонстрируют, как 3D-печать упрощает его.

Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать в этой сфере может быстро стать одной из ключевых технологий. Например, она делает возможной массовую кастомизацию деталей и систем. Люди смогут заказывать солнечные батареи нужных форм и размеров, изготовленные на 3D-принтере по индивидуальным требованиям.

Разработка нового материала для 3D-печати может сильно изменить отрасль солнечной энергетики. Более того, высокоэффективные элементы низкой стоимости подойдут для изготовления устройств с питанием от солнечной энергии, и, возможно, электричество станет доступно во всем мире, даже в самых отдаленных районах.

Энергетика и 3D-печать становятся отличными партнерами. Вероятно, в будущем они помогут разработать множество экологически чистых систем, использование которых поможет бороться с изменением климата. 


Автор: Люси Гаже. Перевод с английского. Оригинал материала на сайте Sculpteo
Фото в заставке: Littlegate Publishing

Состояние рынка 3D-печати 2019

SLM Solutions: «Мы готовы выйти на новый уровень освоения 3D-печати металлами»
Обзор Geomagic Control X 2020: еще больше инструментов для контроля геометрии

Об авторе

Алексей Чехович
Алексей Чехович

Главный эксперт направления технической поддержки 3D-оборудования. Девиз Алексея – «Доверяйте профессионалам!», и вы в полной мере можете положиться на его высокую квалификацию и уникальный опыт, который охватывает и традиционные методы производства, и 3D-технологии. В его послужном списке множество успешных проектов, среди которых он особо выделяет изготовление модельной оснастки для отливки колоколов Храма Христа Спасителя. Хобби Алексея – история и археология.

Читайте также
SLM Solutions: «Мы готовы выйти на новый уровень освоения 3D-печати металлами»
SLM Solutions: «Мы готовы выйти на новый уровень освоения 3D-печати металлами»
Метрологические решения для автоматизированного контроля качества
Метрологические решения для автоматизированного контроля качества
Тренды развития 3D-печати: время больших сдвигов
Тренды развития 3D-печати: время больших сдвигов

Оставьте комментарий