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:

Стерильного нейтрино не существует 15.01.2026

В физике элементарных частиц поиск новых, пока не обнаруженных объектов играет ключевую роль в понимании устройства Вселенной. Иногда такие поиски приводят к громким открытиям, а иногда - к не менее важным отрицательным результатам, которые позволяют отбросить неверные направления. Именно к таким случаям относится недавний вывод ученых о судьбе стерильного нейтрино - одной из самых интригующих гипотетических частиц последних десятилетий. Исследователи из американской лаборатории Fermilab официально сообщили, что им не удалось найти доказательства существования стерильного нейтрино. К такому выводу пришла команда эксперимента MicroBooNE после многолетнего анализа столкновений нейтрино, которые ранее рассматривались как возможный намек на существование четвертого типа этих частиц. Предполагалось, что стерильное нейтрино взаимодействует с материей исключительно через гравитацию, что делало его крайне трудным объектом для обнаружения. В рамках современной физики нейтрино известны в т ...>>

Беспроводные наушники и колонки Fender 15.01.2026

Музыкальная индустрия постепенно адаптируется к цифровым технологиям, и известный производитель музыкальных инструментов Fender расширяет свое присутствие за пределы гитар и усилителей, представляя современные решения для прослушивания музыки. Новые беспроводные наушники и Bluetooth-колонки Fender объединяют богатый звук, модульность и удобство использования как для дома, так и для профессиональной работы. Флагманской новинкой стали наушники Fender Mix, отличающиеся модульной конструкцией. Динамики подключаются к оголовью через порт USB Type-C и могут быть сняты вместе с амбушюрами, что облегчает уход и транспортировку. Один из динамиков оснащен встроенным адаптером USB Type-C для подключения к источнику звука без потерь, поддерживая кодеки LDHC и Fire, а также функцию Auracast. На другом динамике размещен съемный аккумулятор, который обеспечивает до 100 часов работы без активного шумоподавления; при включении ANC время работы сокращается до 52 часов. Наушники доступны по цене $299 ...>>

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Случайная новость из Архива Магноны могут перевернуть квантовые технологии 10.08.2025 Квантовые компьютеры давно обещают совершить революцию в науке и технологиях, но их развитие сталкивается с множеством технических препятствий. Одной из главных проблем остается поиск носителей информации, которые одновременно были бы устойчивыми к шуму и позволяли бы выполнять сложные квантовые операции. Именно в этом контексте новое открытие немецких ученых вызывает особый интерес, ведь оно связано с явлением, о котором физики почти забыли. Речь идет о магнонах - квазичастицах, представляющих собой коллективные колебания электронных спинов в магнитных материалах. В течение десятилетий их рассматривали преимущественно в рамках фундаментальной физики, не предполагая, что они могут сыграть ключевую роль в создании универсальных квантовых компьютеров. Однако недавний эксперимент показал, что магноны способны не только участвовать в сложных квантовых взаимодействиях, но и передавать запутанные состояния, что делает их потенциальной основой для будущих вычислительных систем. Исследование было проведено в Мюнхенском университете в сотрудничестве с коллегами из США. Ученые смогли создать особое состояние, при котором магноны выступали в роли носителей квантовой информации, демонстрируя при этом высокую стабильность. Этот результат особенно важен, поскольку большинство современных квантовых систем страдает от сильного влияния внешних помех, из-за чего информация быстро теряется. Одной из уникальных черт магнонов является возможность управлять их свойствами при помощи внешних магнитных полей. Такая настройка открывает путь к гибкому контролю квантовых операций, а их относительная устойчивость к шуму дает им значительное преимущество перед другими кандидатами, вроде электронов или фотонов. Профессор Фридрих Бегле, возглавлявший исследование, отметил, что применение магнонов может привести к созданию масштабируемых квантовых компьютеров, способных обрабатывать информацию совершенно новым способом. В этих системах ключевую роль будут играть не заряженные частицы или световые кванты, а коллективные магнитные возбуждения, что потенциально изменит архитектуру квантовых машин. В перспективе ученые намерены построить прототип вычислительного устройства, использующего магноны в качестве основной рабочей среды. Если этот проект будет успешен, то появится возможность тестировать такие системы на реальных задачах, требующих значительных вычислительных ресурсов. Возвращение интереса к магнонам может оказаться судьбоносным для развития квантовых технологий. Эти квазичастицы, долгое время находившиеся в тени, теперь претендуют на роль ключевого элемента в создании устойчивых и мощных квантовых компьютеров, способных работать там, где современные решения бессильны.

Другие интересные новости:

▪ Телефон для китайцев

▪ Растительная икра из водорослей и семян чиа

▪ Поворотная розетка

▪ Запах эмоций и социальных связей

▪ Принцип неопределенности в квантовой механике

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники. Подборка статей

▪ статья Маленькая победоносная война. Крылатое выражение

▪ статья Кто, помимо художника Мане, написал картину Завтрак на траве? Подробный ответ

▪ статья Кат. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Схема питания низковольтных ламп дневного света. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Кольцо на проволоке. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026