Фотоэлектрические элементы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Устройства для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию называются фотоэлементами (по-английски Photovoltaics, от греческого photos - свет и названия единицы электродвижущей силы - вольт). Преобразование солнечного света в электричество происходит в фотоэлементах, изготовленных из полупроводникового материала, например, кремния, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток.

Соединяя фотоэлементы в модули, а те, в свою очередь, друг с другом, можно строить крупные фотоэлектрические станции. Крупнейшая такая станция на сегодняшний день - это 5-мегаваттная установка Карриса Плейн в американском штате Калифорния. КПД фотоэлектрических установок в настоящее время составляет около 10%, однако отдельные фотоэлементы могут достигать эффективности 20% и более.

История

История фотоэлементов берет начало в 1839 году, когда французский физик Эдмон Беккерель открыл фотогальванический эффект. За этим последовали дальнейшие открытия:

• В 1958 г. небольшие (менее 1 ватта) фотоэлектрические батареи питали радиопередатчик американского космического спутника "Авангард". Вообще, космические исследования сыграли важную роль в развитии фотоэлементов.
• Во время нефтяного кризиса 1973-74 гг. сразу несколько стран запустили программы по использованию фотоэлементов, что привело к установке и опробованию свыше 3100 фотоэлектрических систем только в Соединенных Штатах. Многие из них до сих пор находятся в эксплуатации.

Рынок фотоэлементов

Современное состояние рынка фотоэлементов характеризуется достаточно стабильным ростом, порядка 20% в год, однако объемы производства фотоэлементов остаются довольно низкими. Производство модулей во всем мире в 1998 г. составило около 125 МВт, в то время как цена упала с 50 долларов за 1 ватт в 1976 г. до 5 долларов за 1 ватт в 1999 г. Тем не менее, киловатт-час электричества, выработанного фотоэлектрической системой, все еще дороже традиционной электроэнергии в 3-10 раз (в зависимости от конкретного местонахождения и вида системы). Таким образом, рынок фотоэлементов пока занимает небольшую нишу в мировой экономике. Но он продолжает стабильно расти в тех сегментах рынка, где фотоэлементы конкурентоспособны, например, в автономных, удаленных от электросети системах.

Во многих регионах мира прогресс весьма ощутим. Правительство Японии вкладывает 250 мл долларов в год в увеличение производственной мощности с 40 МВт (1997г.) до 190 МВт (2000г.). Европейские страны проводят собственные программы, стимулом к чему служит потребность в энергетической независимости и экологические соображения. Эти программы в сочетании с экологическими проблемами - такими, как изменение климата - способны значительно ускорить развитие этой отрасли. Компания "Shell Solar" построила в Германии крупнейший завод по производству фотоэлементов с годовым объемом производства в 10 МВт, который намечено довести до 25 МВт. Стоимость постройки завода - 50 млн. немецких марок.

Преимущества

Высокая надежность

Фотоэлементы разрабатывались для использования в космосе, где ремонт слишком дорог, либо вообще невозможен. До сих пор фотоэлементы являются источником питания практически для всех спутников на земной орбите, потому что они работают без поломок и почти не требуют технического обслуживания.

Низкие текущие расходы

Фотоэлементы работают на бесплатном топливе - солнечной энергии. Благодаря отсутствию движущихся частей, они не требуют особого ухода. Рентабельные фотоэлектрические системы являются идеальным источником электроэнергии для станций связи в горах, навигационных бакенов в море и других потребителей, расположенных вдали от линий электропередач.

Экологичность

Поскольку при использовании фотоэлектрических систем не сжигается топливо и не имеется движущихся частей, они являются бесшумными и чистыми. Эта их особенность чрезвычайно полезна там, где единственной альтернативой для получения света и электропитания являются дизель-генераторы и керосиновые лампы.

Модульность

Фотоэлектрическую систему можно довести до любого размера. Владелец такой системы может увеличить либо уменьшить ее, если изменится его потребность в электроэнергии. По мере возрастания энергопотребления и финансовых возможностей, домовладелец может каждые несколько лет добавлять модули. Фермеры могут обеспечивать скот питьевой водой при помощи передвижных насосных систем.

Низкие затраты на строительство

Размещают фотоэлектрические системы обычно близко к потребителю, а значит, линии электропередачи не нужно тянуть на дальние расстояния, как в случае подключения к линиям электропередач. Вдобавок, не нужен понижающий трансформатор. Меньше проводов означает низкие затраты и более короткий период установки.

Стоимость электроэнергии, выработанной фотоэлектрической системой

Многие малые фотоэлектрические системы, питающие несколько лампочек и телевизор, гораздо дешевле, чем альтернатива - продление линии электропередач, замена и утилизация одноразовых батарей, либо применение дизель-генератора. Стоимость электричества, произведенного на крупных установках, способных обеспечить электропитанием жилой дом, выражается в стоимости одного кВт·ч. Она зависит от первоначальной стоимости системы, условий займа (для выплаты первоначальной стоимости), расходов на эксплуатацию системы, ее ожидаемого срока эксплуатации и от общей эффективности.

При типичных процентных ставках на займы и среднем сроке эксплуатации стоимость солнечного электричества в США в 1998 г. составляла от 20 до 50 центов за кВт·ч.

Площадь фотоэлектрической системы

Наиболее распространенные модули (из кристаллического кремния) производят 100-120 ватт на квадратный метр (Вт/м2). Таким образом, модуль площадью один квадратный метр производит достаточно электричества, чтобы питать одну 100-ваттную лампочку. Если же говорить о промышленных масштабах, фотоэлектрическая станция, занимающая квадратный участок земли со стороной около 160 км могла бы обеспечить электричеством все Соединенные Штаты. Лучшим решением, однако, является расположение фотоэлектрических модулей на крышах зданий или встраивание их в фасадные стены.

Это более дешевый вариант, так как при этом экономятся строительные материалы.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Картофель фри и риск диабета 11.09.2026

Картофель давно стал одним из наиболее распространенных продуктов питания в мире, однако отношение к нему со стороны специалистов по питанию остается неоднозначным. Сам овощ содержит полезные питательные вещества, но его воздействие на организм во многом определяется тем, что происходит с ним во время приготовления. Новое крупное исследование Гарвардской школы общественного здоровья им. Т.Х. Чана показывает, что особенно заметную роль в этом вопросе может играть способ термической обработки. Картофель занимает важное место и в рационе жителей США: в среднем один американец съедает около 22 килограммов этого овоща в год. Исследователи решили выяснить, одинаково ли различные блюда из картофеля связаны с риском развития заболеваний. Результаты работы были опубликованы в научном журнале BMJ и показали существенную разницу между привычными способами приготовления одного и того же продукта. Наиболее неблагоприятный результат специалисты обнаружили для картофеля фри. У людей, которые уп ...>>

Барабанная дождевальная машина eco ProRain 11.09.2026

Орошение сельскохозяйственных угодий требует не только достаточной производительности техники, но и точного контроля расхода воды. При этом для многих хозяйств важны простота обслуживания, надежность оборудования и разумная стоимость. Компания Bauer представила новую барабанную дождевальную машину eco ProRain, в которой эти требования сочетаются с современными электронными средствами управления поливом. Новая модель стала дополнением существующей линейки дождевальной техники Bauer. При ее разработке специалисты ориентировались прежде всего на практические потребности пользователей, учитывая полученные от них отзывы. В результате производитель сделал акцент на удобстве эксплуатации и долговечности конструкции, стремясь сохранить при этом доступную цену и не отказываться от автоматизированных функций управления. eco ProRain предлагается в трех базовых исполнениях - F30, F40 и F50. Для каждой из них предусмотрено по 30 вариантов комплектации, различающихся диаметром используемой тру ...>>

Не вся растительная пища полезна для психики 10.09.2026

Растительная пища традиционно считается одной из основ здорового рациона, поэтому специалисты по питанию обычно рекомендуют чаще включать в меню овощи, фрукты, цельнозерновые продукты и другие продукты растительного происхождения. Однако важна не только принадлежность пищи к растительной категории, но и способ ее обработки, количество сахара и другие характеристики рациона. Исследование иранских ученых показывает, что разные варианты растительного питания могут по-разному отражаться на психологическом состоянии человека. К такому выводу пришли исследователи из Исфаханского университета медицинских наук. Они изучали взаимосвязь между характером питания и эмоциональным состоянием взрослых людей, уделяя особое внимание симптомам депрессии и тревожности. Результаты работы были опубликованы в научном журнале PLOS One. При этом специалисты не утверждали, что отдельные продукты непосредственно вызывают депрессию: речь шла о статистической связи между определенными пищевыми привычками и сос ...>>

Случайная новость из Архива Иммунитет работает по сезону 24.05.2015 Когда мы говорим о биологических часах, то обычно имеем в виду суточные, или циркадные ритмы, которые зависят от смены дня и ночи. Однако одними лишь суточными ритмами наши биологические часы не исчерпываются. Например, есть физиологические процессы, подчиняющиеся месячному циклу, и самый известный пример, конечно же, это менструальный цикл. Но есть часы с еще большим периодом - в статье в Nature Communications группа исследователей из Кембриджа пишет о годичном цикле активности некоторых иммунных генов. В лаборатории Джона Тодда (John Todd) некоторое время занимались суточной активностью гена ARNTL, который подавляет воспалительные процессы, и, как оказалось, в разное время суток он "активничает" по-разному - по крайней мере, у мышей. Одновременно исследователи участвовали в международном проекте под названием BABYDIET, целью которого было выяснить, как наличие или отсутствие определенных веществ в питании влияет на развитие детей в первый год жизни. Для проекта в течение длительного времени много раз брали анализы крови, так что в конце концов возникла идея проверить, не меняется ли активность гена ARNTL еще и в зависимости от времени года. И действительно, у людей ARNTL был наиболее активен летом, и наименее - зимой. В дальнейшем оказалось, что 23% генов обладают сезонной активностью, причем среди них были и те, про ритмическую активность которых давно известно, так и те, которые до сих пор ни в каких "часовых механизмах" замечены не были. (Стоит подчеркнуть, что 23% относятся не вообще к полному набору человеческих генов, а лишь к некоторым.) Причем как раз воспалительные гены сильнее всего работают зимой, то есть тогда, когда противовоспалительный ARNTL засыпает. Полученные результаты сравнили с данными других больших клинических исследований, проходивших в других странах. Оказалось, что те же гены у жителей Австралии работают наоборот, что понятно - ведь в южном полушарии по сравнению с северным зима и лето меняются местами. С другой стороны, у жителей Исландии сезонность в активности генов была неупорядоченной, нерегулярной - возможно, из-за полярных дней и ночей. А вот у тех, кто живет в африканской Гамбии, годовой цикл генетической активности привязан к сезону дождей. Только ли иммунные гены и клетки чувствуют времена года? Анализ биопсий жировой ткани (здесь авторы работы опять-таки воспользовались материалом из другого независимого исследования) показал, что сезонные изменения в генетической активности есть и здесь, так что годичные часы, очевидно, работают в самых разных тканях и органах. Повышенная активность воспалительных генов в осенне-зимнее время может быть предупредительной мерой против тех патогенов, которые любят холодные сезоны. С другой стороны, атака инфекций здесь может быть первичной, а иммунитет лишь реагирует на них, так что в результате получается своеобразный ритм. Какое из объяснений правильное, а какое - нет, еще предстоит выяснить. Пока что мы можем с уверенностью заключить, что сезонные болезни сопровождаются сезонными же перестройками в нашем молекулярно-генетическом аппарате, и что это следовало бы учитывать в повседневной медицинской практике. Например, регулярное обострение хронических заболеваний, в том числе и сердечно-сосудистых, вполне может быть следствием большей активности воспалительных генов. Воспаление, как известно, плохо сказывается на состоянии сосудов, и получается, что иммунитет, готовясь к сезонной инфекционной атаке (или будучи спровоцирован такой атакой), тем самым вредит другим органам. Конечно, многие на собственном опыте знают, как улучшается и ухудшается самочувствие в зависимости от времени года, но теперь, по крайней мере, понятно, в каком направлении следует работать, чтобы как-то сгладить такую неприятную сезонность нашей физиологии.

Другие интересные новости:

▪ Project Jacquard для создания электронной одежды

▪ Проект сверхзвукового поезда

▪ Монитор Iiyama P2252HS-1 с ударопрочным стеклом

▪ Сервис защиты гаджетов от воды

▪ Сетевое авто от Bosch

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Опыты по физике. Подборка статей

▪ статья Муки слова. Крылатое выражение

▪ статья Какой народ занимается подледным сбором мидий во время морских отливов? Подробный ответ

▪ статья Морковь посевная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Пробник на основе миниатюрного реле. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Цветная вода. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026