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:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Случайная новость из Архива Натрий-ионные аккумуляторы CATL 10.08.2021 Компания Contemporary Amperex Technology (CATL) пердставила натрий-ионный аккумулятор первого поколения, а также ее аккумуляторный блок AB, способный совмещать натрий-ионные и литий-ионные элементы в одном модуле. По принципу работы натрий-ионный аккумулятор аналогичен литий-ионному. Ионы натрия также перемещаются между катодом и анодом. Однако по сравнению с ионами лития ионы натрия имеют больший объем и более высокие требования в отношении структурной устойчивости и кинетических свойств материалов. Это стало сдерживающим фактором для развития промышленного производства натрий-ионных аккумуляторов. Нововведением CATL стало применение для изготовления катода материала "Prussian white" (эверитова соль) с более высокой удельной емкостью. Кроме того, компания модернизировала объемную структуру этого материала путем перераспределения электронов, что позволило решить проблему быстрого снижения емкости при циклической работе материала. В аноде CATL использовала твердый углеродный материал, отличающийся уникальной пористой структурой, обеспечивающей избыточные возможности хранения и быстрое перемещение ионов натрия, а также превосходные характеристики при циклических нагрузках. Первое поколение натрий-ионных аккумуляторов CATL, основанное на серии новых разработок в химической системе, обладает такими преимуществами, как высокая плотность энергии, возможность быстрой зарядки, превосходная термостойкость, отличные эксплуатационные свойства при низких температурах, высокая эффективность интеграции и др. Плотность энергии элемента натрий-ионного аккумулятора CATL может достигать 160 Втч/кг, а зарядка аккумулятора может производиться за 15 минут до уровня 80% при комнатной температуре. Кроме того, в условиях низких температур (-20°C) натрий-ионный аккумулятор имеет степень удержания емкости, превышающую 90%, а его эффективность системной интеграции может достигать более 80%. Термостойкость натрий-ионных аккумуляторов превосходит национальные требования по безопасности для тяговых аккумуляторов. Первое поколение натрий-ионных аккумуляторов может использоваться в различных вариантах электрификации транспорта, особенно в регионах со сверхнизкими температурами, где его преимущества становятся очевидными. Кроме того, оно может быть гибко адаптировано к прикладным потребностям всех сценариев в области накопления и хранения энергии. Целевым показателем развития следующего поколения натрий-ионных аккумуляторов является плотность энергии, превышающая 200 Втч/кг. Компания CATL разработала комплексное решение для аккумуляторной системы AB, состоящее в смешивании и подборке натрий-ионных и литий-ионных аккумуляторов в определенном соотношении и их интеграции в одну систему аккумуляторных батарей, а также управлении различными аккумуляторными системами посредством высокоточного алгоритма BMS. Аккумуляторная система AB может компенсировать нынешний недостаток плотности энергии в натрий-ионном аккумуляторе, а также расширить его преимущества в плане высокой мощности и производительности при низких температурах. Благодаря этой качественно новой структурной системе расширяются варианты применения литиево-натриевых аккумуляторных систем.

Другие интересные новости:

▪ Совершенствование технологии iOLED

▪ Родители курят - дети болеют

▪ Изменения климата повлияли на вкус кофе

▪ В гостинице обслужат роботы

▪ Очки всегда будут чистыми

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гирлянды. Подборка статей

▪ статья Звезда первой величины. Крылатое выражение

▪ статья Что такое бактерии? Подробный ответ

▪ статья Проведение массовых мероприятий. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Доработки трансивера RA3AO. 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