Фотоэлектрические преобразователи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

В основе установок этого типа лежит принцип выбивания электронов из полупроводниковых материалов световыми квантами. Лучистая энергия преобразуется в электрическую. В современной солнечной энергетике широко применяются полупроводниковые преобразователи из химически чистого кристаллического кремния. Кремний - широко распространенный в земной коре элемент; песок, кварц - это диоксид кремния SiO2. Производство чистого кремния в конце ХХ века дало возможность наладить выпуск ряда полупроводниковых приборов, в частности процессоров для современных компьютеров. Высокотехнологичные наукоемкие производства в США сосредоточены в "силиконовой" (кремниевой) долине в штате Калифорния.

Создание солнечных энергоисточников входит в программы таких крупнейших мировых концернов, как Сименс, Сони, Хитачи. Лидерами в области солнечной энергетики на кремниевых преобразователях являются США, Германия, Дания, Япония, Швейцария. Стоимость кремниевых фотоэлектрических преобразователей за последние 40 лет снизилась в 40 раз, 1 кВт установленной мощности на фотоэлектрических СЭС обходится примерно в $2500.

Солнечный элемент состоит из двух соединенных между собой кремниевых пластинок. Свет, падающий на верхнюю пластинку, выбивает из нее электроны, посылая их на нижнюю пластинку. Так создается ЭДС элемента. Последовательно соединенные элементы являются источником постоянного тока. Несколько объединенных фотоэлектрических преобразователей представляют собой солнечную батарею. Эффективность преобразования лучистой энергии в электрическую в современных установках достигает 13,17%, в лабораторных условиях на некоторых полупроводниках достигнута эффективность 40%.

Мощность СЭУ с фотоэлектрическими преобразователями определяется соотношением

Вт, (3.3)

где - КПД фотоэлектрических преобразователей (изменяется в современных кремниевых элементах в пределах 0,12.0,17), - их общая площадь, м2.

Использование фотоэлектрических СЭС начиналось с космической техники, где стоимость играла второстепенную роль. "Крылья" фотоэлементов станции Мир имели площадь в сотни квадратных метров. На Луне дольше года работал "Луноход", питаемый от солнечных батарей. На американской станции "Скайлэб" батарея общей площадью 130 м обеспечивала энергопитание мощностью 10,5 кВт.

В наше время модули фотоэлектрических преобразователей производятся в ряде стран для нужд большой энергетики. Мощности одиночных солнечных установок этого типа в США достигли 10 МВт, причем пик мощности достигается, когда Солнце находится в зените - близко к тому времени, когда суточный ход потребления энергии в солнечных южных субтропических штатах Америки имеет максимум в связи с работой кондиционеров.

Важным преимуществом фотоэлектрических СЭС являются очень малые эксплуатационные затраты - модули, защищенные от пыли и атмосферных осадков стеклом или пленкой, работают десятки лет без обслуживания. В облачную погоду мощность СЭС этого типа несколько снижается, хотя и меньше, чем для термоэлектрических установок. Следует ожидать, что в южных солнечных регионах РФ при массовом выпуске и снижении стоимости кремниевых модулей такие установки окажутся конкурентоспособными в сравнении с традиционными, работающими на дорожающем органическом топливе.

Разрабатываются проекты спутниковых фотоэлектрических СЭС. Предполагается выводить и монтировать их на геостационарных орбитах на экваторе, на высоте 35800 км, так что они будут постоянно "висеть" над одним и тем же местом. Солнечные элементы с поверхностью в десятки км2 размещаются на тонкой синтетической пленке, ориентированной перпендикулярно к солнечным лучам. Электрический ток от солнечных элементов преобразуется в специальных генераторах в микроволновое излучение, которое бортовой антенной направляется на Землю. Передающая антенна имеет диаметр около 1 км, а приемная антенна СВЧ-излучения на Земле - около 7 км. Приемная станция превращает СВЧ-излучение в ток промышленной частоты и напряжения. Для реализации этого уникального по замыслу и масштабам проекта потребуются громадные средства и большой объем научно-технических разработок.

В России главным научным разработчиком фотоэлектрических преобразователей является Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе в Санкт-Петербурге. Директор этого института, нобелевский лауреат академик Ж.И.Алферов - горячий сторонник солнечной энергетики. На Рязанском заводе металлокерамических приборов налажен выпуск модулей СЭУ разных типоразмеров и разных технических характеристик. Солнечные ФЭУ выпускает НПО "Квант" (Москва), ЗАО "Телеком-СТВ" в г. Зеленоград Московской обл. Осваивается производство "солнечного кремния" - базового материала для фотоэлектрических преобразователей. 1 кг кремния на СЭУ за год вырабатывает такое количество электроэнергии, на производство которого на обычных ТЭС требуется 2,5 т нефти, а срок службы кремниевого преобразователя - 30 лет и более.

Автор: Лабейш В.Г.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Совы и тишина пропеллеров 07.07.2015 Ученые из Кембриджского университета (Великобритания) разработали технологию, которая поможет значительно снизить шум от работы пропеллеров. Исследователи уверяют, что в своей работе они ориентировались на сов, которые способны летать почти бесшумно. Такую способность они приобрели благодаря сложной структуре перьев. На передней части крыла располагаются гибкие щетинки, а на задней - эластичная окантовка. Это позволяет снизить турбулентность воздушных потоков и тем самым уменьшить шум. Ученые напечатали на 3D-принтере пластик с поверхностью, напоминающей конструкцию крыльев совы, и испытали его на экспериментальной турбине. Замеры показали снижение уровня шума на 10 децибел. Использование такого материала в турбинах позволит увеличить частоту вращения и выработку энергии, а в перспективе покрытие планируется применять на пропеллерах авиационной техники.

Другие интересные новости:

▪ Apple переводит компьютеры на собственные процессоры

▪ Первые GPU PowerVR Series6 от Imagination Technologies

▪ CC3200 - микроконтроллер Cortex-M4 со встроенным WiFi

▪ Новая линейка помехозащитных фильтров TDK-Lambda

▪ Рекорд по продолжительности пребывания женщины в космосе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Большая энциклопедия для детей и взрослых. Подборка статей

▪ статья Альма матер. Крылатое выражение

▪ В чем характерные черты Средневекового городского ремесла? Подробный ответ

▪ статья Веломобиль. Личный транспорт

▪ статья Зигзагообразные активные антенны ДМВ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Заземление и защитные меры электробезопасности. Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники (PEN-проводники). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026