Печатаемые гибкие органические солнечные батареи

В отличие от солнечных батарей, которые вы привыкли видеть, органическая фотоволтаика состоит из соединений, которые растворяются в чернилах и могут быть напечатаны с помощью простого метода печати. В результате получается лёгкая, гибкая и полупрозрачная плёнка, которая превращает энергию солнца в электричество. Ханна Буркштуммер показывает нам, как она сделана и как она может изменить наш уклад энергоснабжения мира.

Вы, возможно, заметили,
что на мне надета разная обувь.

Это, возможно, выглядит забавно —

это определённо необычно, —

но я хотела бы объяснить.

Предположим, что моя левая туфля
соответствует устойчивому воздействию,

означающему, что мы, люди,
потребляем меньше натуральных ресурсов,

чем наша планета может восстановить,

и выделяем меньше углекислого газа,
чем наши леса и океаны могут поглотить.

Это стабильное и здоровое состояние.

Сегодняшняя ситуация больше похожа
на этот ботинок.

Она чересчур большого размера.

Второго августа 2017 года

мы уже потребили все ресурсы, которые
планета может восстановить в этом году.

Это как потратить все свои деньги
до 18-го числа месяца,

а потом нуждаться в кредите от банка
на оставшееся время.

Конечно, вы можете так поступать
месяц за месяцем,

но если вы не измените своё поведение,

рано или поздно у вас
возникнут большие проблемы.

Нам известны разрушительные последствия
такой чрезмерной эксплуатации:

глобальное потепление,

повышение уровня моря,

таяние ледников,

всё более частые экстремальные
погодные явления и многое другое.

Грандиозность этой проблемы
очень меня расстраивает.

Но ещё больше меня расстраивает то,
что при наличии решений этих проблем

мы продолжаем себя вести, как обычно.

Сегодня я хочу поделиться с вами тем,

как новая солнечная технология может
внести вклад в устойчивое будущее зданий.

Здания потребляют около 40 процентов
от общего энергетического спроса,

поэтому решение этого

может значительно сократить
выбросы в атмосферу.

Здание, разработанное
на принципах устойчивости,

может само производить всю
необходимую ему энергию.

Чтобы достичь этого,

сначала нужно сократить её потребление
насколько это возможно

посредством теплоизоляционных
стен и окон, например.

Эти технологии доступны.

Затем нужна энергия
для горячей воды и отопления.

Вы можете получить её
возобновляемым способом из солнца

через гелиотермические установки

или из грунта и воздуха
через тепловые насосы.

Все эти технологии есть в наличии.

Тогда у вас остаётся
потребность в электричестве.

Как правило, существует несколько путей
получения возобновляемой электроэнергии,

но как много вы знаете зданий,
оснащённых ветряной мельницей на крыше

или водяной электростанцией в саду?

Вероятно, не так много,
потому что обычно в этом нет смысла.

Но солнце поставляет избыточную энергию
на наши крыши и фасады.

Потенциал добычи этой энергии
из поверхности зданий колоссален.

Возьмём, например, Европу.

Если вы воспользуетесь всей площадью,
повёрнутой к солнцу,

и которая не слишком затемнена,

энергия, произведённая
благодаря фотовольтаике,

будет соответствовать около 30 процентам
от нашей общей потребности в энергии.

Но у сегодняшней фотовольтаики
есть некоторые проблемы.

У неё хорошие
технико-экономические показатели,

но она ограничена с точки зрения дизайна,

что бросает вызов эстетике.

Люди часто представляют такие картинки,

когда думают
о солнечных батареях на зданиях.

Это годится для солнечных электростанций,

но когда вы думаете о зданиях,
об улицах, об архитектуре,

внешний вид имеет значение.

Это та причина, по которой мы не видим
множество солнечных батарей на зданиях.

Они просто несовместимы.

Наша команда работает над абсолютно другой
технологией солнечных батарей,

которая называется
органическая фотовольтаика или OPV.

Термин «органическая» объясняет,

что материал,
используемый для поглощения света,

основан на элементарном углероде,

не на металлах.

Мы используем смесь полимера,

созданного из разных повторяющихся единиц,

как жемчужины в цепочке жемчуга,

и маленькой молекулы,
которая имеет форму футбольного мяча

и зовётся фуллереном.

Смесь этих двух веществ растворена,
чтобы превратиться в чернила.

И, как и чернила,

они могут быть напечатаны с помощью
простой техникой печати

в продолжительном многослойном процессе
на гибких материалах.

Получившийся в результате
тонкий слой активен,

он поглощает энергию солнца.

Этот активный слой невероятно эффективен.

Вам необходим лишь слой
толщиной 0,2 микрометра,

чтобы поглощать энергию солнца.

Это в 100 раз тоньше человеческого волоса.

Или, например,

возьмите один килограмм основного полимера

и используйте его,
чтобы разработать чернила.

С таким количеством чернил

вы можете напечатать солнечную батарею
размером с целое футбольное поле.

Таким образом, OPV
чрезвычайно материалоэффективна,

что, я думаю, очень важно,
когда мы говорим об устойчивости.

После процесса печати

у вас получится солнечный модуль,
который может выглядеть вот так...

Выглядит немного как пластиковая плёнка

и в самом деле имеет много её функций.

Он лёгкий...

Он гибкий...

и полупрозрачный.

Но он может собирать
энергию от солнца снаружи

и также от освещения внутри,

как видно по этой маленькой
светящейся LED-лампочке.

Его можно применять в форме пластика

и воспользоваться
его лёгкостью и гибкостью.

Первое довольно важно, когда мы говорим
о зданиях в тёплых регионах.

Здесь крыши не способны выдержать
дополнительный тяжёлый груз.

Они не предназначены
для снега зимой, например,

тяжёлые силиконовые солнечные батареи
не могут быть использованы для сбора,

но эти легковесные солнечные батареи
очень хорошо подходят.

Гибкость важна,

когда вы хотите соединить солнечные
батареи с мембранной архитектурой.

Представьте паруса Сиднейского оперного
театра в качестве электростанций.

Также можно совместить
эти солнечные плёнки

с материалами обычного строительства,
такими как стекло.

Многие стеклянные фасады
содержат в себе плёнку

для создания многослойного
защитного стекла.

Не так уж сложно добавить второй слой
плёнки в производственный процесс,

зато потом облицовка
будет содержать солнечную батарею

и сможет производить электричество.

Помимо хорошего внешнего вида,

эти интегрированные солнечные батареи
имеют ещё два важных преимущества.

Помните солнечные батареи на крыше,
которые я показывала ранее?

В этом случае мы сначала
устанавливаем крышу,

и вторым слоем — солнечные батареи.

Это дополнительные расходы установки.

В случае интегрированных солнечных батарей

на строительной площадке устанавливается
только один элемент,

служащий одновременно и покрытием здания,

и солнечной батареей.

Помимо экономии на монтаже,

мы также сохраняем ресурсы,

потому что две функции
соединены в одном элементе.

Ранее я говорила о внешнем виде.

Мне очень нравится эта солнечная панель,

но, возможно, у вас другой вкус
или требования к дизайну...

Без проблем.

С процессом печати

солнечная батарея может менять форму
и дизайн очень легко.

Это даёт свободу действий архитекторам,

планировщикам и владельцам зданий,

чтобы внедрить эту энергодобывающую
технологию, как им захочется.

Я хочу подчеркнуть, что это происходит
не только в лабораториях.

Уйдёт несколько лет,
чтобы достичь широкого применения,

но мы на краю коммерциализации,

иначе говоря, существует несколько
компаний с линией производства.

Они наращивают свою производительность,

и то же делаем и мы, с чернилами.

(Падает туфля)

Меньшее воздействие более удобное.

(Смех)

Это правильный размер, правильный масштаб.

Мы должны вернуться к должному масштабу,
когда дело касается потребления энергии.

И здания с нулевым балансом
выбросов углерода — её важная часть.

В Европе

у нас есть цель обезуглеродить
наш жилищный фонд к 2050 году.

Я надеюсь, что органическая фотовольтаика
станет важной частью этого.

Вот несколько примеров.

Это первая коммерческая установка из
напечатанных органических фотоэлементов.

«Коммерческая» означает, что они были
напечатаны на промышленном оборудовании.

Так называемые «солнечные деревья»
были частью немецкого павильона

на Экспо-2015 в Милане.

Они предоставляли затенение в течение дня

и электроэнергию для освещения вечером.

Вы можете спросить, почему была выбрана
шестигранная форма.

Ответ прост:

архитекторы хотели иметь особую схему
затенения на полу

и попросили об этом,

а потом она была напечатана как просили.

Будучи далёкой от реального продукта,

эта установка, принимающая любую форму,
зацепила воображение архитекторов

гораздо больше, чем мы думали.

Это другой пример,
который гораздо ближе проектам

и применениям, на которые мы нацелены.

В офисном здании в Сан-Паулу, Бразилия,

полупрозрачные OPV-панели
интегрированы в стеклянный фасад

и служат разным нуждам.

Во-первых, они затеняют находящиеся
за ними помещения для собраний.

Во-вторых, логотип компании
отображается новаторским способом.

И, конечно, производится электричество,

сокращая энергетические затраты от здания.

Это определяет путь к будущему,

где здания являются
не потребителями энергии,

а их источником.

Я хочу видеть солнечные батареи,
эффективно интегрированные

в наш жилищный фонд,

чтобы быть и ресурсоэффективными,
и приятными на вид.

Для крыш силиконовые солнечные батареи
будут по-прежнему хорошим решением.

Но чтобы использовать потенциал
всех фасадов и всех площадей,

таких как полупрозрачные области,

кривые поверхности и затенения,

я верю, что органическая фотовольтаика
может предложить значительный вклад,

и она может принять любую форму,
которую хотят архитекторы и планировщики.

Спасибо.

(Аплодисменты)