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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Бетон из моркови 05.07.2018 Делать бетон из моркови, превращать древесину в пластик или даже сжимать ее настолько, чтобы она превратилась в "супердревесину", которая будет в разы легче и крепче титана - все это звучит как что-то в духе экспериментов Франкенштейна. Однако, все перечисленные трансформации - это последний пример использования растительных тканей для создания экологически чистых искусственных материалов или примесей. Ученые выяснили, что растительные ткани могут повысить срок эксплуатации и прочность субстанций, которые уже используются в строительстве и производстве различных товаров: от игрушек до мебели, автомобилей и самолетов. Большое преимущество еще и в том, что растения связывают в своей структуре углерод, а следовательно использование их тканей означает сокращение выбросов CO2. Только на производство цемента приходится 5% углеродных выбросов по вине человечества. А процесс изготовления килограмма пластмассы из нефтепродуктов сопровождается выбросом шести килограммов парниковых газов. Специалисты нашли необычное применение моркови. В частности, ее изучением занимался Мохамед Саафи из Университета Ланкастера. Доктора Саафи и его коллег заинтересовала не вся морковка, а нечто, что они назвали "нанотромбоцитами", которые добывали из растений, не пригодных для продажи или морковных отходов на перерабатывающих заводах. Кожура сахарной свеклы тоже хороший источник нанотромбоцитов. Исследователи сотрудничают с компанией CelluComp, которая нашла промышленное применение для этих растительных тканей. В частности, компания производит добавки, которые укрепляют краску после высыхания. Каждый нанотромбоцит имеет площадь в одну миллионную метра. Он состоит из пласта жестких целлюлозных тканей. Несмотря на малый размер, такие елементы очень прочны. Если их совместить с другими материалами, можно получить чрезвычайно твердое вещество. Доктор Саафи смешивает нанотромбоциты с цементом, который изготавливают путем сжигания глины и известняка при высоких температурах. Обычно цемент смешивают со щебнем, песком и водой, чтобы получить жидковатый бетон, который с высыханием затвердевает. Но если добавить к смеси растительные нанотромбоциты, получается что-то покрепче. Биологический материал сам по себе укрепляет бетон, поэтому для его изготовления можно использовать меньше цемента. А это позволяет сократить выбросы CO2 в атмосферу в ходе его производства. Для получения кубического метра бетона достаточно добавить 500 грамм нанотромбоцитов, чтобы сократить при этом использование цемента на 40 килограмм. Доктор Саафи в течение следующих двух лет собирается определить, какая пропорция обнаруженных им природных частиц в строительных материалах будет наиболее оптимальной для строителей.

Другие интересные новости:

▪ Модули памяти Kingston HyperX DDR4

▪ Изогнутый OLED-телевизор от Samsung

▪ Грузовик Toyota FCET на водородных топливных элементах

▪ Гибкий смартфон сможет заменить компьютер

▪ Крылья сложные и сложенные

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. Подборка статей

▪ статья Вертолет. История изобретения и производства

▪ статья В каком городе функции метро выполняют обычные трамваи, у которых дверь только с одной стороны? Подробный ответ

▪ статья Псоралея костянковая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Автомат для холодильника. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Радиостанция на 144 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026