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:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Очистка воды от маслянистых примесей 25.11.2024 Очистка воды от маслянистых примесей - одна из ключевых задач для промышленных отраслей, где сточные воды содержат сложные смеси масла и воды. Ученые из Чжэцзянского университета (Китай) разработали инновационный метод, получивший название "Мембранный канал Януса" (Janus Channel Membrane, JCM). Этот подход обеспечивает высокую эффективность разделения, достигая до 97% извлечения масла и 75% извлечения воды при чистоте около 99,9%. В естественных условиях масло и вода могут разделяться с течением времени. Однако на практике в промышленных процессах такие смеси требуют быстрого и точного разделения. Современные методы, такие как центрифугирование, скимминг или химические реакции, нередко оказываются медленными, энергоемкими и недостаточно эффективными. Ключевая инновация технологии JCM заключается в использовании двух видов мембран: гидрофильной, которая притягивает воду; гидрофобной, которая отталкивает воду и пропускает масло. Мембраны размещены вдоль канала, ширина которого может варьироваться от 4 до 125 мм. Регулируемая ширина позволяет оптимизировать процесс в зависимости от состава смеси. Пространство между мембранами создает замкнутую зону, где процесс разделения усиливается. Смесь масла и воды вводится в камеру под небольшим давлением. Затем гидрофобная мембрана захватывает масло, позволяя ему формировать крупные капли, которые направляются в отдельный резервуар. Гидрофильная мембрана пропускает молекулы воды, очищая их от примесей, и направляет их в другой резервуар. Этот одновременный процесс обработки обеих фаз обеспечивает высокую эффективность и позволяет минимизировать потери. Новая технология может стать революционной для таких отраслей, как: нефтехимия - очистка воды, загрязненной маслами и углеводородами; металлургия - обработка сточных вод, содержащих машинные масла и смазочные жидкости; пищевое производство - разделение жиров и воды; фармацевтика - устранение сложных органических примесей. Ученые считают, что мембранный канал Януса способен существенно повысить качество и скорость очистки сточных вод, одновременно снижая энергозатраты. Это особенно важно в условиях, когда предприятия сталкиваются с растущими экологическими требованиями. Таким образом, JCM представляет собой не только научный прорыв, но и важный шаг к более экологически чистым и эффективным технологиям водоочистки. В будущем метод может найти еще более широкое применение, включая бытовую сферу и удаленные регионы с ограниченными ресурсами.

Другие интересные новости:

▪ Умные часы проконтролируют качество мытья рук

▪ Наночастицы управляют иммунитетом

▪ Водная цинк-ионная батарея с продолжительным сроком службы

▪ Мусорная почта дорогого стоит

▪ Запущена самая длинная линия защищенной квантовой связи

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Опыты по химии. Подборка статей

▪ статья Карась-идеалист. Крылатое выражение

▪ статья Почему авторство в открытии периодического закона химических элементов принадлежит именно Д. И. Менделееву? Подробный ответ

▪ статья Воровской узел. Советы туристу

▪ статья Электродвигатель - преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Карта цветов. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026