Областей применения солнечных батарей становится все больше с каждым днем. Эти устройства с успехом проявляют себя в сфере промышленности, сельского хозяйства, военно-космических отраслях и даже в быту. Чтобы понять, насколько обширно использование солнечных батарей, давайте совершим небольшое виртуальное турне по нашему необъятному миру.
На сегодняшний день проблема расхода энергии стоит достаточно остро – ресурсы планеты не бесконечны и за время своего существования человечество изрядно опустошило то, что было дано природой. На данный момент активно проводится добыча угля и нефти, запасы, которых с каждым днем становятся всё меньше.
Сила мысли позволила человечеству сделать невероятный шаг в будущее и использовать атомную энергию, привнеся вместе с этим благом огромную опасность для всей окружающей среды.
Актуальность
Именно поэтому особенное внимание всегда уделялось естественным источникам энергии, таким, к примеру, как вода или ветер. Наконец, спустя столько лет активных исследований и разработок человечество «доросло» до использования энергии Солнца на Земле. Именно о нём и пойдёт далее речь.
Использование энергии солнца на земле играет важную роль в жизни человека. При помощи своего тепла солнце, как источник энергии, нагревает всю поверхность нашей планеты. Благодаря его тепловой мощности дуют ветра, нагреваются моря, реки, озера, существует все живое на земле.
Возобновляемые источники тепла люди начали использовать ещё много лет назад, когда современных технологий ещё не существовало. Солнце является самым доступным на сегодняшний день поставщиком тепловой энергии на земле.
Цель иследования, Задачи иследования:
-
Энергия Солнца на Земле. Рождение энергетики
Энергия солнца – это всего лишь поток фотонов. И вместе с тем это – один из основополагающих факторов, обеспечивающих само существование жизни в нашей биосфере. Поэтому вполне естественно, что солнечный свет активно используется человеком не только в климатическом аспекте, но и в качестве альтернативного источника энергии.
Энергетические ресурсы планеты Земля
... принято считать гидроэнергию, атомную энергию, энергию ветра, солнца, а также геотермальную энергию. Все прочие энергетические ресурсы – исчерпаемы. 4. ... урана. Такие запасы топливно-энергетических ресурсов могут обеспечить потребности страны в тепловой и электрической энергии в течение сотен лет. ... экономическими потребностями. За XX в. из недр Земли извлечено полезных ископаемых больше, чем за всю ...
-
-
Энергия Солнца в древние времена
-
С момента появления на земле человек начал использовать энергию солнца. По археологическим данным известно, что для жилья предпочтение отдавали тихим, закрытым от холодных ветров и открытых солнечным лучам местам. Вокруг светила создавались мифы, его обожествляли.
В Древнем Египте верховным божеством считался Ра бог Солнца. Пожалуй, первой известной гелиосистемой можно считать статую Аменхотепа III, относящуюся к XV веку до н.э. Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент.
В Древней Греции поклонялись Гелиосу. Имя этого бога сегодня легло в основу многих терминов, связанных с солнечной энергетикой.
У древних славян особо почитался Даждьбог солнце, источник тепла и света. У древних инков были загадочные сооружения, по которым сегодня мы можем предложить версию, что они могли использоваться как гелиоколлекторы. Солярная символика являлась оберегом для человека и его жилища. Такие изображения и сегодня можно встретить в орнаментах традиционного жилища.
Понятные нам теперь солнечные затмения в древности воспринимались простыми людьми как катастрофы. Вокруг этого явления складывались легенды. Появление огня, поддерживающего свою жизнь древесиной и согревающего человека, не изменило такую привязанность.
А что такое древесина? Это практически та же солнечная энергия, аккумулированная с помощью фотосинтеза. А газ, уголь, нефть? Это также результат деятельности солнца. Ветер был менее почитаем, но и у него в глубокой древности также есть олицетворения в виде богов, духов. Так у славян почитали Стрибога бога и повелителя ветра. Олицетворения ветра существуют и в других языческих культах. Из глубины веков до нас дошли сведения, как ветер ловили парусами и путешествовали по морям и рекам. Тысячи ветряных мельниц вплоть до начала XX века трудились, перемалывая зерно в муку. Сервантес в своей книге о Дон Кихоте в одной из наиболее ярких картин представил мельницы могучими великанами, с которыми борется рыцарь «печального образа».
Как видно, такие природные и поистине бесценные источники, как солнечная радиация и энергия ветра, были всегда рядом с человеком, их старались использовать, приручить стихию. С незапамятных времён пространственную структуру своего жилья человек организовывал с учётом ориентации на Солнце. Фактически то, что мы сейчас называем энергосберегающими строительными приёмами, есть ничто иное, как попытка грамотного использования и сохранения тепла, дающего нашим светилом, в зданиях.
-
-
Ловцы солнечных лучей
-
Уже древнейшие люди думали, что вся жизнь на Земле порождена и неразрывно связана с Солнцем. В религиях самых разных населяющих Землю народов, одним из самых главных богов всегда был бог Солнца, дарующий животворящее тепло всему сущему.
По физике «В мире энергии»
... ещё одной турбины. Общая установочная мощность двух турбин составит 28МВт. Проект позволит повысить самообеспечение комбината в электрической энергии с 54 до 56% и снизить ... тела, накапливаемый в процессе преодоления им сил электрического поля. Магнитостатическая энергия 5. Упругостная энергия – потенциальная энергия механически упруго измененного тела (сжатая пружина, газ), освобождающаяся при ...
Действительно, количество энергии, поступающей на Землю от ближайшей к нам звезды, огромно. Всего за три дня Солнце посылает Земле столько энергии, сколько содержится её во всех разведанных нами запасах топлива! И хотя только третья часть этой энергии достигает Земли — остальные две трети отражаются или рассеиваются атмосферой, — даже эта её часть более чем в полторы тысячи раз превосходит все остальные, используемые человеком источники энергии, вместе взятые! Да и вообще все источники энергии, имеющиеся на Земле, порождены Солнцем.
В конечном счёте именно солнечной энергии человек обязан всеми своими техническими достижениями. Благодаря солнцу возникает круговорот воды в природе, образуются потоки воды, вращающей водяные колеса. По-разному нагревая землю в различных точках нашей планеты, солнце вызывает движение воздуха, тот самый ветер, который наполняет паруса судов и вращает лопасти ветряных установок. Всё ископаемое топливо, используемое в современной энергетике, ведёт свое происхождение опять же от солнечных лучей. Это их энергию с помощью фотосинтеза преобразовали растения в зелёную массу, которая в результате длительных процессов превратилась в нефть, газ, уголь.
Нельзя ли использовать энергию солнца непосредственно? На первый взгляд это не такая уж сложная задача. Кто не пробовал в солнечный день при помощи обыкновенной лупы выжигать на деревянной дощечке картинку! Минута, другая — и на поверхности дерева в том месте, где лупа собрала солнечные лучи, появляется чёрная точка и легкий дымок. Именно таким образом один из самых любимых героев Жюля Верна, инженер Сайрус Смит, выручил своих друзей, когда у них, попавших на таинственный остров, погас костёр. Инженер сделал линзу из двух часовых стёкол, пространство между которыми было заполнено водой. Самодельная «чечевица» сосредоточила солнечные лучи на охапке сухого мха и воспламенила его.
Этот сравнительно нехитрый способ получения высокой температуры люди знали с глубокой древности. В развалинах древней столицы Ниневии в Месопотамии нашли примитивные линзы, сделанные еще в XII веке до нашей эры. Только «чистым» огнём, полученным непосредственно от лучей Солнца, полагалось зажигать священный огонь в древнеримском храме Весты.
Интересно, что древними инженерами подсказана и другая идея концентрации солнечных лучей — с помощью зеркал. Великий Архимед оставил нам трактат «О зажигательных зеркалах». С его именем связана поэтическая легенда, рассказанная византийским поэтом Цецесом.
Во время Пунических войн родной город Архимеда Сиракузы был осаждён римскими кораблями. Командующий флотом Марцелл не сомневался в лёгкой победе — ведь его войско было намного сильнее защитников города. Одного не учёл заносчивый флотоводец — в борьбу с римлянами вступил великий инженер. Он придумал грозные боевые машины, построил метательные орудия, которые осыпали римские корабли градом камней или увесистой балкой пробивали дно. Другие машины крючковатым краном поднимали суда за нос и разбивали их о прибрежные скалы. А однажды римляне с изумлением увидели, что место воинов на стене осаждённого города заняли женщины с зеркалами в руках. По команде Архимеда они направили солнечные зайчики на одно судно, в одну точку. Через короткое время на судне вспыхнул пожар. Та же участь постигла ещё несколько кораблей нападавших, пока они в растерянности не бежали подальше, за пределы досягаемости грозного оружия.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
... другой стороны, использование древесины от энергетических плантаций является примером получения энергии от органического сырья с суммарными ... комбинированное производство электрической и тепловой энергии. В перспективе предполагается, что солнечной энергии будет придаваться большое значение вследствие ... одновременно два или несколько видов НВИЭ, например солнце и ветер, взаимно дополняющих друг друга, ...
Долгие века эта история считалась красивым вымыслом. Однако некоторые современные исследователи истории техники провели расчёты, из которых следует, что зажигательные зеркала Архимеда в принципе могли существовать.
Использовали наши предки солнечную энергию и в более прозаических целях. В Древней Греции и в Древнем Риме основной массив лесов был хищнически вырублен для строительства зданий и судов. Дрова для отопления почти не использовались. Для обогрева жилых домов и оранжерей активно использовалась солнечная энергия. Архитекторы старались строить дома так, чтобы в зимнее время на них падало бы как можно больше солнечных лучей. Древнегреческий драматург Эсхил писал, что цивилизованные народы тем и отличаются от варваров, что их дома «обращены лицом к солнцу». Римский писатель Плиний Младший указывал, что его дом, расположенный севернее Рима, «собирал и увеличивал тепло Солнца за счёт того, что его окна располагались так, чтобы улавливать лучи низкого зимнего солнца».
Раскопки древнего греческого города Олинфа показали, что весь город и его дома были спроектированы по единому плану и располагались так, чтобы зимой можно было поймать как можно больше солнечных лучей, а летом, наоборот, избегать их. Жилые комнаты обязательно располагались окнами к Солнцу, а сами дома имели два этажа: один — для лета, другой — для зимы. В Олинфе, как и позже в Древнем Риме, запрещалось ставить дома так, чтобы они заслоняли от Солнца дома соседей, — урок этики для сегодняшних создателей небоскребов!
2.Энергия Солнца на Земле.
Если мыслить максимально широко, попытки «приручить» великое светило, согревающее нашу планету, начались ещё в глубокой древности во времена язычества, когда каждая стихия была воплощена отдельным божеством. Однако, конечно, тогда об использовании солнечной энергии даже речи быть не могло – в мире царила магия.
Тема использования энергии Солнца на Земле стала активно подниматься только в конце XIV – начале ХХ веков.
2.1 Первые опыты использования солнечной энергии
В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды.
В конце XVII века ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 о С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины.
В 1866 г. француз А. Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут.
Геотермальная энергия
... В середине 1990-х годов топливные ячейки, которые трансформируют солнечные лучи в энергию солнца были установлены на 250 тысяче домов, расположенных, в большинстве своем, в отдаленных районах таких ... использования энергии ветра относится и то, что она неисчерпаема, что развитие этой отрасли энергетики также создает рабочие места в отдаленных регионах. Этот источник энергии, также как энергия солнца, ...
В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8* 3,3 м.
Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м 2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке. В 1885г. была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому.
Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника.
В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 о С.
Впервые на практическую возможность использования людьми огромной энергии Солнца указал основоположник теоретической космонавтики К.Э. Циолковский в 1912 году во второй части своей книги: «Исследования мировых пространств реактивными приборами». Он писал: «Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле».
2.2 Фотоэлементы и коллекторы — преобразователи энергии Солнца
Весомый вклад в развитие солнечной энергетики внёс в свое время сам Альберт Эйнштейн. В современном мире имя учёного чаще связывают с его знаменитой теорией относительности, однако на самом деле Нобелевской премии он был удостоен именно за изучение внешнего фотоэффекта.
Полученные знания применяются в полном объёме при разработке и производстве приборов на основе фотоэлементов.
Фотоэнергия – это один из двух способов использования излучения солнца. Это постоянный ток, вырабатываемый под действием солнечных лучей. Происходит такое преобразование в так называемых фотоячейках, которые, по сути, представляют собой двухслойную структуру из двух полупроводников разного типа. Такие фотоэлементы еще называют — солнечные элементы. На своей поверхности они имеют полупроводники, которые, при воздействии на них лучей солнца, начинают двигаться, и тем самым вырабатывают электроток. Такой принцип выработки тока не содержит никаких химических реакций, что позволяет фотоэлементам работать достаточно долго.
Такие фотоэлектрические преобразователи как источники энергии Солнца легко использовать, так как они имеют небольшой вес, просты в обслуживании, а также являются очень эффективными в использовании солнечной мощности.
На сегодняшний день солнечные коллекторы, как источник энергии солнца на земле, используют для выработки горячего водоснабжения, отопления и для производства электричества в теплых странах, таких как Турция, Египет и страны Азии. В нашем регионе солнце как источник энергии применяют для снабжения электричеством автономных систем электропитания, маломощной электроники и приводов самолетов.
С., 17 рис., 16 табл. Ключевые слова: солнечная энергетика, солнечные ...
... автономных электростанциях на солнечных батареях. Объектом исследования является автономная система электропитания на солнечных батареях. Предметом исследования является процесс перезаряда аккумуляторных батарей в автономной системе электропитания на фотогальванических элементах. Целью дипломной работы является ...
Использование солнечной энергии коллекторами заключается в том, что они преобразовывают радиацию в тепло. Их разделяют на основные группы.
Плоские солнечные коллекторы. Являются самыми распространенными. Их удобно использовать для бытовых отопительных нужд, а также при подогреве воды для горячего водоснабжения.
Вакуумные коллекторы. Их используют для бытовых нужд, когда необходима вода высокой температуры. Они состоят из нескольких стеклянных трубок, проходя через которые лучи солнца нагревают их, а они, в свою очередь, отдают тепло воде.
Воздушные солнечные коллекторы. Их используют для воздушного отопления, рекуперации воздушных масс и для осушительных установок.
Интегрированные коллекторы. Самые простые модели. Их используют для предварительного подогрева воды, например, для газовых котлов.
В быту подогретая вода собирается в специальном баке — накопителе и далее используется для различных нужд.
Использование энергии Солнца коллекторами осуществляется путём накапливания её в так называемых модулях. Они устанавливаются на крыше зданий и состоят из стеклянных трубок и пластин, которые, в целях поглощения большего объёма солнечного света, окрашивают в чёрный цвет.
-
-
Сфера применения энергии Солнца в современном мире
-
Солнечная радиация — это неисчерпаемый возобновляемый источник экологически чистой энергии. Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах.
Сфера применения энергии солнца очень обширна, и с каждым годом она становится всё больше. Так, еще совсем недавно дачный душ с солнечным нагревателем воспринимался как нечто необыкновенное, а возможность использования солнечного света для домашних электросетей и вовсе казалась фантастикой. Сегодня же никого не удивишь не только автономной гелиостанцией, но и мобильными зарядками на солнечных батареях и даже мелкой техникой (например, часами), работающей на фотогальваническом эффекте.
Вообще же использование солнечной энергии очень востребовано в таких областях, как: сельское хозяйство; энергоснабжение санаториев и пансионатов; космическая отрасль; природоохранная деятельность и экотуризм; электрификация отдалённых и сложно доступных регионов; уличное, садовое и декоративное освещение; сфера ЖКХ (ГВС, придомовое освещение); мобильная техника (гаджеты и зарядные модули на солнечных батареях).
Гелиоэнергетика активно применяется не только для частных домов, но и для городских строений. Как человек использует солнечную энергию в мегаполисах, догадаться несложно. Она также применяется для обогрева и ГВС зданий, причём нередко – целых кварталов.
Солнечные электростанции (2)
... электростанция мощностью 10 ГВт может весить до 200 тыс. т. Снижение веса энергоустановки напрямую связано с повышением КПД преобразования солнечной энергии ... Солнце ... Батарея размещена в фокальной плоскости концентратора 3; ее горячие спаи 1 непосредственно обогреваются солнечной ... типа весьма маневренны, выход на номинальные обороты (36 000 об/мин) занимал не более 1 мин с момента наведения солнечного ...
В последние годы активно развиваются и воплощаются концепции экодомов, полностью работающих на альтернативных источниках энергии. В них используются комбинированные системы, обеспечивающие эффективное получение солнечной, ветровой и тепловой энергии земли. Нередко такие дома не только целиком покрывают свои энергетические нужды, но и передают излишки в городские сети. Причём совсем недавно проекты таких эко — зданий появились и в России.
-
-
Преимущества и недостатки использования солнечной энергии
-
Чем же так сильно заинтересовал этот вид добычи энергии исследователей всего мира. Основным его достоянием можно назвать неисчерпаемость. Несмотря на многочисленные гипотезы, вероятность того, что звезда вроде Солнца погаснет в ближайшее время, крайне мала. Значит, перед человечеством открыта возможность получать чистую энергию совершенно естественным путём.
Второе несомненное преимущество использования энергии Солнца на Земле заключается в экологичности этого варианта. Воздействие на окружающую среду при таких условиях будет нулевым, что в свою очередь обеспечивает всему миру куда более светлое будущее, нежели то, которое открывается при постоянной добыче ограниченных подземных ресурсов.
Солнечная энергия – это один из самых доступных и общераспространенных возобновляемых источников энергии. Она образуется естественным путём, без участия человека, а значит, абсолютно бесплатна. Кроме того, солнечное излучение безопасно в использовании и не оказывает никакого вредного воздействия на экологию. А возможности его применения (как и потенциал) практически безграничны.
Солнечные установки имеют полную безопасность в использовании,
они автономны, экономичны, так как расход средств осуществляется только лишь на приобретение оборудования для установок, их использование гарантирует отсутствие скачков напряжения, а также стабильность в электроснабжении, они долговечны, просты в использовании и в обслуживании.
Использование солнечной энергии при помощи таких установок с каждым годом набирает популярности. Солнечные батареи дают возможность сэкономить не малые деньги на отоплении и горячем водоснабжении, к тому же они являются экологически чистыми и не наносят урон здоровью человека.
К недостаткам можно отнести зависимость от погоды и времени суток. Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии. Нерентабельность в высоких широтах. Как следствие, необходимость аккумуляции энергии. При промышленном производстве — необходимость дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности. Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).
Необходимость периодической очистки отражающей/поглощающей поверхности от загрязнения. Нагрев атмосферы над электростанцией.
Презентация и «Солнечные электростанции-энергия будущего»
... десятилетия. В наше время солнечные электростанции напрямую преобразуют энергию солнца в электроток. Их главные элементы – солнечные батареи на основе полупроводниковых материалов. Солнечная батарея — это несколько ... запуск искусственного спутника Explorer 1 с солнечными панелями. С 1958 года кремниевые солнечные батареи стали основным источником энергии для космических кораблей и орбитальных ...
-
-
Электроэнергия из космоса – будущее энергетики
-
Идея сооружения Международной опытной космической электростанции (КСЭС), подающей электроэнергию земным потребителям, возникла в 1960 году и не сходит с тех пор со страниц популярных и научных изданий.
КСЭС в совокупности с промежуточными атмосферными сооружениями сможет на только подавать электроэнергию земным потребителям, но и непосредственно освещать большие участки земной поверхности ночью и затенять их днём, регулировать климатические условия, уничтожать тайфуны и смерчи, снабжать энергией космические корабли, воздушные средства, наземный транспорт, удаленные от линий электропередачи промышленные предприятия и т.д.
Целесообразность создания КСЭС диктуется неисчерпаемостью солнечной энергии, экологическими соображениями и необходимостью сохранять ныне широко применяемые природные энергоносители (нефть, газ, уголь).
КСЭС с периодически сменяемым персоналом могла бы стать на только прообразом сверхмощных станций будущего, но и одновременно выполнять огромное количество обычной “космической работы” (исследования, наблюдения, эксперименты).
Потребность в такой опытной КСЭС имеется уже сейчас, причём не только потребность, но и возможность её создания при условии международного сотрудничества.
При этом следует учесть, что наша страна первой в мире освоила пилотируемые космические полеты с пребыванием людей на станции в течение одного года, у нас создан и опробован в космосе уникальный монтажный инструмент, а космонавтами получен уникальный опыт работы по развертыванию крупногабаритных космических сооружений, в том числе и дополнительных панелей солнечных батарей, освоены длительные рабочие выходы космонавтов в открытый космос, успешно проведены первые испытания новой универсальной ракеты-носителя « Энергия ».
3. Устройство солнечных батарей
Солнечная батарея представляет систему полупроводниковых устройств в виде фотоэлектрических преобразователей, которые преобразуют энергию солнца в постоянный электрический ток с применением принципа фотоэффекта.
1 — Контроллер
2 — Батарея
3 — Инвертор
4 — Модуль
5 — Электрооборудование
Солнечная батарея включает в себя следующие элементы:
-
Материал-полупроводник, состоящий из двух слоев материалов с различной проводимостью. К примеру, это может быть поликристаллический или монокристаллический кремний с включением иных химических соединений для создания принципа фотоэффекта p-n перехода. То есть, один материал имеет недостаток электронов, а другой – их избыток.
25 стр., 12253 словАккумуляторная батарея
... эксплуатации автомобиля, а также от места установки ее на автомобиле. Режимы работы аккумуляторной батареи на автомобиле определяются температурой электролита, уровнем вибрации и тряски, периодичностью, ... твердость, улучшает текучесть сплава при отливке решеток, снижает окисление решеток при хранении. Добавка мышьяка снижает коррозию решеток. Однако сурьма оказывает каталитическое воздействие ...
-
Диэлектрик, тончайший слой элемента, который противостоит переходу электронов.
-
-
Аккумулятор. Обеспечивает накопление и сохранение энергии.
-
Штатный контроллер заряда.
-
Инвертор-преобразователь. Производит преобразование постоянного тока, идущего от солнечной батареи, в переменный.
-
Стабилизатор напряжения. Обеспечивает в системе солнечной батареи создание напряжения необходимого диапазона.
Принцип действия
-
Солнечный свет в виде фотонов света попадает на поверхность солнечной батареи.
-
При столкновении с поверхностью полупроводника фотоны передают энергию электронам полупроводника.
-
Электроны, выбитые из полупроводника вследствие удара, преодолевают защитный слой, имея при себе дополнительную энергию.
-
В результате отрицательные электроны переходят в проводник n из p-проводника, а положительные совершают обратный маневр. Подобному переходу способствуют электрические поля, которые на данный момент имеются в проводниках. Впоследствии они увеличивают разность и силу зарядов.
Если батарея, освещенная солнцем, замкнута на определенную нагрузку с сопротивлением R, то наблюдается появление электрического тока I. Его величина определяется сопротивлением нагрузки, интенсивностью освещения и качеством фотоэлектрического преобразователя. Мощность P, выделяемая в нагрузке определяется формулой P= I*U, где U показывает напряжение на зажимах батареи.
Виды
В зависимости от применяемых материалов солнечные батареи могут быть:
-
Панели из монокристаллических фотоэлектрических элементов. Они эффективны, однако более дороги, КПД составляет 14-16%. У монокристаллических элементов многоугольная форма, вследствие чего всю площадь заполнить трудно;
-
Панели из аморфного кремния. Такие батареи демонстрируют низкий КПД в пределах 6-8%. Но среди кремниевых технологий преобразователей у них наиболее дешевая электроэнергия;
-
Панели из теллурида кадмия выполняются на базе пленочной технологии. Нанесение полупроводникового слоя осуществляется слоем в несколько сотен микрометров. КПД составляет 11%, но в сравнении с кремниевыми батареями ватт мощности обходится дешевле на десятки процентов;
-
Панели на базе полупроводников CIGS, которые состоят из селена, галлия, индия и меди. КПД таких панелей доходит до 15%;
-
Полимерные панели. Это разновидность тонкопленочных батарей, принцип работы которых напоминает фотосинтез растений. Включает слой полимера, защитный слой, гибкую подложку и алюминиевые электроды. КПД 5-6%;
-
Наиболее распространенными вследствие оптимального соотношения КПД и цены являются панели из поликристаллических фотоэлектрических элементов. Их КПД достигает 12-14%.
СБ также можно условно разбить на следующие типы:
-
Тонкопленочные или гибкие (на базе теллурида кадмия, кристаллические и аморфные);
-
Жесткие (из кристаллического кремния, иногда аморфного);
-
Односторонние (поглощают свет одной стороной);
-
Двухсторонние (поглощают свет обеими сторонами).
Особенности
-
Заряд аккумуляторной батареи при слабом солнечном свете уменьшается, отдавая электроприемнику электрическую энергию, то есть идет постоянная работа в режиме зарядки и разряда. Контроль выполняется специальным контроллером.
-
СБ не требуют никаких специальных профилактических работ. Может потребоваться лишь протирание пыли.
-
Панели можно использовать и зимой, однако производительность в этот период уменьшается в полтора-два раза. Чтобы на панелях не накапливается снег, их следует устанавливать под углом 70 градусов на возвышении.
-
Солнечные батареи лучше всего подойдут для автономных систем, в которых много бытовых энергоэффективных электроприборов, не включенных постоянно.
Применение
Солнечные батареи могут применяться практически повсеместно:
-
Электромобили.
-
Портативная электроника.
-
Калькуляторы, фонарики, плееры и так далее, то есть везде, где требуется подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники.
-
Авиация. Так создан самолет Solar Impulse, работающий только на солнечной энергии.
-
Энергообеспечение домов, школ, аэропортов и иных зданий. Солнечные батареи широко используются в субтропических и тропических регионах, где много солнечных дней. В особенности популярны они в странах Средиземноморья.
-
Использование в космосе. СБ ставят на МКС, устанавливают на спутниках, космических и межпланетных аппаратах, а также многое другое.
Достоинства и недостатки
Среди преимуществ можно отметить:
-
Экологичность;
-
Долговечность, фотоэлементы служат несколько десятков лет;
-
Простой принцип работы. Благодаря чему поломок в солнечной батарее практически не бывает;
-
Бесшумность;
-
Возможность постоянной работы;
-
Не нужно топлива;
-
Общедоступность;
-
Возможность изменения мощности системы.
Среди недостатков можно отметить:
-
Низкий КПД. Нужна большая площадь батарей, чтобы обеспечить нужды даже небольшой семьи;
-
Сложность сборки системы и наладки;
-
Достаточно высокая стоимость солнечных батарей, а также низкая окупаемость системы.
Заключение
До наших дней технология использования энергии Солнца на Земле переживала то стремительные взлеты, то не менее стремительные падения, однако эта отрасль знаний постоянно пополняется новыми фактами, и можно надеяться, что уже в обозримом будущем перед нами откроется дверь в совершенно новый мир.
Стремление человечества к экологичности и отказу от нефти приведет к внедрению все больших энергосберегающих технологий. Это значит, что солнечные батареи будут использоваться повсеместно. А создание панелей с более высоким КПД позволит:
-
Оборудовать большинство зданий панелями для получения энергии;
-
Монтировать их в автомобили, дороги, роботы и многочисленные иные приборы;
-
Устанавливать их в одежду и даже вживлять в человека. Южнокорейские ученые уже создали подкожную солнечную батарею, которая в 15 раз тоньше волоса. Она обеспечивает бесперебойную работу приборов, которые имплантированы в тело, к примеру, кардиостимулятора.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/vetrogeneratoryi-i-solnechnyie-batarei/
-
Н.В. Харченко. Индивидуальные солнечные установки М. Энергоатомиздат 1991 г.
-
Р.Р. Авезов, А.Ю. Орлов. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения Ташкент: Фан 1988 г .
-
Дверняков В.С. Солнце — жизнь, энергия Киев: Наукова думка 1986 г.
-
Колтун М.М. Солнце и человечество М: Наука 1981
-
В.П. Бурдаков. Электроэнергия из космоса М: Энергоатомиздат 1991 г.
-
Энциклопедия для детей. Астрономия. М.: Аванта, 1997 год.
-
Г.А. Гуреев. Земля и небо. М.:Сашко, 1993 год.
-
Л. Алексеева. Небесные сполохи и земные заботы. М.: Мир, 1995 год.
-
Н.П. Русин, Л.Л. Флит. Солнце на земле М. Тригон, 1994 год
