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:

Глюкозамин и когнитивные нарушения 16.10.2026

С возрастом нарушения памяти и мышления становятся все более распространенной проблемой, однако причины того, почему у одних людей легкие когнитивные изменения остаются стабильными, а у других со временем перерастают в деменцию, до сих пор изучены не полностью. Новая работа исследователей Университета Флориды в США указывает на возможную связь одного из широко используемых пищевых добавок с таким переходом. Речь идет о глюкозамине, который обычно принимают для уменьшения дискомфорта в суставах и поддержания их здоровья. Специалисты проанализировали обезличенные медицинские записи UF Health, охватывающие период с 2012 по 2024 год. С помощью искусственного интеллекта они изучили информацию о пациентах с болезнью Альцгеймера и другими связанными с ней деменциями, а также о людях с легкими когнитивными нарушениями. Последние характеризуются заметными проблемами с памятью или мышлением, которые уже выходят за рамки обычных возрастных изменений, но при этом еще не обязательно существенно ...>>

Звук на квантовом уровне меняется скачками, а не постепенно 16.10.2026

В привычном мире звуковые колебания затухают постепенно: струна после щипка вибрирует все слабее, а звон постепенно превращается в тишину. На уровне квантовой физики картина оказывается совершенно иной. Здесь энергия звука существует отдельными порциями, и переход между состояниями может происходить скачкообразно. Исследователи из Стэнфордского университета впервые смогли непосредственно наблюдать такой процесс в реальном времени, зафиксировав квантовые скачки отдельных звуковых частиц. Речь идет о фононах - квантовых порциях механических колебаний, которые можно рассматривать как своеобразный аналог фотонов для звуковых волн. В макроскопическом мире энергия вибрации может уменьшаться практически непрерывно, однако на квантовом уровне такое описание перестает работать. Энергетическое состояние системы изменяется дискретно, переходя с одного уровня на другой. Результаты стэнфордского эксперимента были опубликованы в журнале Science. Чтобы зафиксировать столь быстрый и чувствительн ...>>

Мизофония может иметь выраженную генетическую основу 15.10.2026

Для большинства людей звук жевания, дыхания или сопения остается практически незаметной частью повседневной жизни. Однако у людей с мизофонией такие совершенно обычные звуки способны вызывать мгновенную и крайне сильную негативную реакцию. Причины этого состояния до сих пор изучены недостаточно, однако новое исследование указывает на важную роль наследственности. Полученные данные свидетельствуют о том, что предрасположенность к мизофонии может иметь глубокую генетическую основу. Исследованием занималась команда Медицинской школы Йельского университета, сосредоточившая внимание на семейной истории людей с этим расстройством. В отличие от ряда предыдущих работ, проводившихся преимущественно с помощью дистанционных опросов, на этот раз специалисты непосредственно обследовали 101 человека с мизофонией и членов их семей. Такой подход позволил исследователям оценить не только распространенность состояния среди родственников, но и возможные связи с другими особенностями психического здоро ...>>

Случайная новость из Архива Построен крупнейший в мире коридор чистой энергии 01.01.2023 Последний энергоблок ГЭС Байхэтань, которая по установленной мощности занимает 2-е место в мире, был официально сдан в эксплуатацию, сообщили в корпорации "Три ущелья" (China Three Gorges Corporation). Это событие ознаменовало собой завершение строительства крупнейшего в мире коридора чистой энергии. На ГЭС Байхэтань установлено в общей сложности 16 энергоблоков отечественного производства, мощность каждого из которых составляет 1 млн кВт. По суммарной установленной мощности Байхэтань уступает лишь ГЭС Санься ("Три ущелья"). В частности последний ее энергоблок завершил 72-часовую пробную эксплуатацию. "Завершение строительства ГЭС Байхэтань знаменует собой крупный прорыв в производстве высокотехнологичного оборудования страны. Всемирная история развития гидроэнергетики ранее не знала столь мощных энергоблоков", - поделился председатель правления корпорации Лэй Миншань. Сдача в эксплуатацию ГЭС Байхэтань имеет большое значение для урегулирования энергетической структуры страны, строительства экономического пояса реки Янцзы и скоординированного развития региональной экономики. Ныне в список шести крупных ГЭС на реке Янцзы, которые были сооружены и эксплуатируются корпорацией "Три ущелья", вошли Удундэ, Байхэтань, Силоду, Сянцзяба, Санься и Гэчжоуба. Первые четыре из них расположены на реке Цзиньшацзян, верхнего течения реки Янцзы, а последние две - на среднем участке крупнейшей в Китае реки. Эти ГЭС способны ежегодно вырабатывать 300 млрд кВт/ч. электроэнергии, что позволит сократить потребление угля на 90 млн тонн и выбросы углекислого газа на 248 млн тонн. Образуя коридор чистой энергии протяженностью 1800 км, они также играют важную роль в борьбе с наводнениями, судоходстве, использовании водных ресурсов и экологической безопасности в бассейне реки Янцзы.

Другие интересные новости:

▪ Мозг быстрее реагирует на агрессивный голос, чем на спокойный

▪ Широкополосный лазер

▪ Умный дверной замок Latch C

▪ Взаимодействие радиации с водой

▪ Тополь расшифрован

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Мартин Хайдеггер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто и когда забил в одном матче сразу три мяча в свои ворота? Подробный ответ

▪ статья Работа с углошлифовальной машиной. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Радиомикрофон на микросхеме TXC101 c VOX. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Преобразователь напряжения, 5 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026