МОУ «Лицей №43»
Естественно- технический
РЕФЕРАТСолнечная батарея
Саранск
2010
/>/>Солнцеразлито поровну.Вернее, по справедливости,Вернее, по столькуразлито,Кто, сколько способен взять.В. Солоухин Солнце.Общие сведения
Солнце — центральная иединственная звезда Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объектыэтой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники,астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль.
Масса Солнцасоставляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы.
Солнечное излучениеподдерживает жизнь на Земле, определяет климат.
Солнцесостоит из водорода, гелия и следующих, входящих в его состав в малыхконцентрациях, элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния,углерода, неона, кальция и хрома. По спектральной классификации Солнцеотносится к типу G2V («жёлтый карлик»). Температура поверхности Солнцадостигает 6000 K, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за болеесильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Землипрямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтыйоттенок. [1]
Солнечнаяэнергетика —направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственномиспользовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и являетсяэкологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производствоэнергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённогопроизводства энергии. [2]История открытия солнечной энергии
Еще вдревности люди начали задумываться о возможностях применения солнечной энергии.Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот,осадивший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал.Доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турцииотапливался водой, нагретой солнечной энергией. Древние жители Африки, Азии иСредиземноморья получали поваренную соль, выпаривая морскую воду. Однако большевсего людей привлекали опыты с зеркалами и увеличительными стеклами. Настоящий«солнечный бум» начался в XVIII столетии, когда наука, освобожденнаяот пут религиозных суеверий, пошла вперед семимильными шагами. Первые солнечныенагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большоевогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи.Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево нарасстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построилпервый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стекляннойкрышкой, однако вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцемдо 88°С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые примениллинзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовалибольшое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит — заминуту.
Первыесолнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую,были построены опять-таки во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке вПариже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор — аппарат, который припомощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действиепечатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет вСША построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.
/>
Паровой котел насолнечной энергии, приводящий в движение печатный станок
Подходилигоды, инсоляторы использующие солнечную энергию совершенствовались, но принципоставался прежним: солнце — вода — пар. Но вот, в 1953 году ученыеНационального аэрокосмического агентства США создали настоящую солнечнуюбатарею — устройство, непосредственно преобразующее энергию солнца вэлектричество.
/>
Еще в 70-хгодах 19 века был открыт так называемый фотоэлектрический эффект — явление,связанное с освобождением электронов твердого тела или жидкости под действиемэлектромагнитного излучения. В 30-х годах глава физиков нашей страны академикА. Ф. Иоффе высказал мысль о использовании полупроводниковых фотоэлементов всолнечной энергетике. Правда, рекордный коэффициент полезного действия (КПД)тогдашних материалов не превышал 1 процента, то есть, в электричествопревращалась лишь сотая часть световой энергии. После многолетних экспериментовудалось создать фотоэлементы с КПД до 10-15%. Затем американцы построилисолнечные батареи современного типа. В 1959 году они были установлены на одномиз первых искусственных спутников Земли, и с тех пор все космические станцииоснащаются многометровыми панелями с солнечными батареями. Низкий КПД солнечныхбатарей можно было бы компенсировать большой площадью, например, покрыть всюпустыню Сахару фотоэлементами — и готова мощнейшая солнечная электростанция.Однако кремниевые полупроводники, на основе которых производятся солнечныебатареи, очень дорого стоят. И чем выше КПД, тем дороже материалы. Вследствиеэтого доля солнечной энергии в сегодняшней энергетике невелика. Однако в связис не бесконечностью ископаемого топлива, доля энергии получаемой солнечнымибатареями будет неминуемо возрастать. Так же росту использования солнечныхбатарей способствуют разработки направленные на повышение КПД и понижение ихстоимости.
Одно изглавных достоинств солнечной энергии — ее экологическая чистота. Правда,соединения кремния могут наносить небольшой вред окружающей среде, однако посравнению с последствиями сжигания природного топлива такой ущерб — капля вморе.
Полупроводниковыесолнечные батареи имеют очень важное достоинство — долговечность. При том, чтоуход за ними не требует от персонала особенно больших знаний. Вследствие этогосолнечные батареи становятся все более популярными в промышленности и быту.
Несколькоквадратных метров солнечных батарей вполне могут решить все энергетическиепроблемы небольшой деревушки. В странах с большим количеством солнечных дней — южной части США, Испании, Индии, Саудовской Аравии и прочих — давно ужедействуют солнечные электростанции. Некоторые из них достигают довольновнушительной мощности.
Сегодня ужеразрабатываются проекты строительства солнечных электростанций за пределамиатмосферы — там, где солнечные лучи не теряют своей энергии. Уловленное наземной орбите излучение предлагается переводить в другой тип энергии — микроволны — и затем уже отправлять на Землю. Все это заучит фантастично,однако современная технология позволяет осуществить такой проект в самомблизком будущем.
/>
Солнечные батареи наверблюде
Большоеколичество научных экспериментов и тонких технологий требуют подчас созданияогромной температуры. Идеальный вариант — солнечная энергия, способнаясоздавать гигантские температуры на небольшой площади. Самая известная«солнечная печь» действует во французском местечке Одило. Ееподвижные зеркала концентрируют энергию солнца с большой площади на площадкеменее одного квадратного метра. Эта площадка находится на небольшой башне передсистемой зеркал. В ясные дни в фокусе зеркал удается достигнуть температуры в3300°С. С ее помощью в Одило создают материалы с особенными свойствами, которыеневозможно получить в традиционной металлургии. [11]Проблема:
Солнечнаяэнергетика открыта уже довольно давно. Но ее долго не рассматривали в качествекрупного источника энергии из-за дороговизны производства. Время шло, итехнологии развивались. Солнечные панели подешевели и стали серьезнымисточником энергии. В прошлом году во всем мире суммарная мощность солнечныхэлектростанций превысила 20 гигаватт! И этот показатель с начала нынешнего векаудваивается каждые три года. В стороне только Россия. [4]Использование энергии солнца
1. Перваяпромышленная солнечная электростанция была построена в 1985 году в СССР вКрыму, недалеко от города Щелкино. СЭС-5 имела пиковую мощность 5 МВт. Столькоже, сколько у первого ядерного реактора. За 10 лет работы она выработала всего2 миллиона кВт.час электроэнергии, однако стоимость ее электричества оказаласьдовольно высокой, и в середине 90-х ее закрыли. В это время работыактивизировались в Штатах, где компания Loose lndustries в самом конце 1989года запустила 80-мегаваттную солнечно-газовую электростанцию. За следующие 5лет та же компания, только в Калифорнии, построила таких СЭС еще на 480 МВт идовела стоимость одного «солнечно-газового» кВт.часа до 7-8 центов. Что совсемнеплохо по сравнению с 15 центами за кВт.час энергии — во столько обходитсяэлектричество, производимое на АЭС.
2. Использоватьэнергию Солнца в быту можно и без превращения ее в электричество. Для тогочтобы «протопить» холодную комнату или нагреть воду в водопроводе, можнонапрямую воспользоваться солнечным теплом. Установки, собирающие, сохраняющие ипередающие это тепло, называются солнечными коллекторами. В простейшем вариантевсе выглядит так: на крыше дома или на его южной стене устанавливается панель,состоящая из тоненьких трубочек, по которым в специальный бак-аккумуляторподается вода. Солнце нагревает трубки, те нагревают воду, вода (температуракоторой в этой системе при использовании зеркального поддона может доходить до60-90°С) накапливается в баке и потом используется для обогрева или горячеговодоснабжения. Дома, оборудованные такими системами (которые обычнодоукомплектовываются и кремниевыми солнечными элементами), называются«солнечными домами». С одной стороны, этот дом стоит несколько дороже, чемобычный, но с другой — он позволяет резко сократить коммунальные платежи — на50-70%.
3. Однаковстречаются и более серьезные системы. Одна из таких была сооружена в США в штатеНью-Мексико еще в 1978 году и работает до сих пор. Называется — Национальнаясолнечная установка для тепловых испытаний (NSTTF). Принадлежит она Пентагону иприменяется для проверки жаропрочности корпусов военных и гражданских ракет.Состоит NSTTF из 60-метровой башни-мишени и 220 гелиостатов, размером 6х6метров каждый. Зеркала, подобно архимедовой установке, направляют своисолнечные зайчики в одно полутораметровое пятнышко на верхушке установки, гдетемпература в солнечные дни поднимается до 2 000°С. Всего в 2,5 раза меньше,чем на поверхности Солнца, и в 2 раза выше температуры горения напалма.Установка имеет площадь зеркал 8 500 м2 и тепловую мощность 5 МВт. [5]
4. РеспубликеКорея в 2008 году было установлено 274 мегаватта мощности солнечных панелей.Это сравнимо с мощностью Владивостокской ТЭЦ в том же году.
5. Ещебольше прогресс в Японии, где суммарная мощность солнечных электростанцийприближается уже к 3 гигаваттам! Кто-то скажет, что в Японии много солнца и намравняться на них сложно. Но вот вам реальный факт: в Германии установлено ужесвыше 5 гигаватт солнечных панелей! А ведь немцы наш северный сосед и получаюткуда меньше солнца, чем Приморье. [6] Какработают солнечные панели
Наиболееэффективными с энергетической точки зрения устройствами для превращениясолнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрическиепреобразователи (ФЭП), поскольку позволяют осуществить прямой, одноступенчатыйпереход энергии. Преобразование энергии в ФЭП основано на фотовольтаическомэффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах привоздействии на них солнечного излучения. Фотовольтаический эффект(преобразование энергии света в электроэнергию) был открыт в 1839 году молодымфранцузским физиком Эдмондом Беккерелем. Однажды 19-летний Эдмонд, проводяопыты с маленькой электролитической батареей с двумя электродами обнаружил, чтона свету некоторые материалы производят электрический ток. Отчего этопроисходит? Дело в том, что солнечный свет несет определенную энергию. Разнымдлинам волн света, воспринимаемыми нами как разные цвета (красный, синий,желтый и т.д.) соответствуют свои уровни энергии. Попадая на воспринимающийполупроводниковый слой, свет передает свою энергию электрону, который срываетсясо своей орбиты в атоме. А поток электронов и есть электрический ток. Но досоздания первой солнечной батареи прошло еще более сорока лет: в 1883 г. ЧарльзФритц покрыл кремниевый полупроводник очень тонким слоем золота и получилсолнечную батарею, КПД которой составил не более 1%. Аналогичные современнымфотовольтаические элементы были запатентованы как «светочувствительныеэлементы» в 1946 г. компанией Russell Ohl. Первый искусственный спутник сприменением фотовольтаических элементов был запущен СССР в 1957 г., а в 1958 г.США осуществили запуск спутника Explorer 1 с солнечными панелями. Эти двасобытия показали, что солнечные панели могут служить единственным и достаточнымисточником энергоснабжения геостационарных спутников, что подтвердило компетентностьсолнечных батарей. Это был важный момент в развитии данной технологии, так какв результате успешных запусков несколько правительств инвестироваликолоссальный объем средств в ее разработку. Начиная с 2000 г. в арифметическойпрогрессии росла эффективность производимых кремниевых моно- иполикристаллических фотоэлектрических элементов, достигнув к 2007 годумаксимальных значений 19%. Другие же технологии из-за меньшей эффективностиоказались обделены вниманием разработчиков до недавнего времени. В целом погоняза эффективностью и создание дорогих солнечных элементов оправдывали себятолько для применения в космосе, где важен каждый грамм и квадратный сантиметр.Для практического использования солнечных панелей на Земле требовалисьсравнительно недорогие и качественные элементы, пригодные для массовогопроизводства и применения. Именно такими и стали кремниевые солнечные панели. Внастоящее время лидером является моно- и поликристаллический кремний — 87%мирового рынка. Аморфный кремний составляет 5% рынка, а тонкопленочныекадмий-теллуровые элементы — 4,7%. Основным материалом для производствасолнечных фотоэлектрических панелей остается кремний. Причиной является егоповсеместная доступность. Немалую роль играет и разработанность технологии, посколькукремний очень широко используется в разных видах электроники. Основой длясолнечных панелей являются тонкие срезы кремниевых кристаллов. Чем тоньше слой- тем меньше себестоимость. Параллельно повышается эффективность. В 2003 году всреднем в индустрии фотовольтаики толщина слоя в наиболее качественныхэлементах составляла 0,32 мм, а к 2008 году уменьшилась до 0,17 мм. Аэффективность повысилась с 14% до 16%. В этом году планируется достигнутьпоказателей 0,15 мм при эффективности 16,5%. [7]
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения
1. Получение электроэнергиис помощью фотоэлементов.
2. Преобразование солнечнойэнергии в электричество с помощью тепловых машин:
3. паровые машины (поршневыеили турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;
4. двигатель Стирлингаи т. д.
5. гелиотермальнаяэнергетика — Нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, ипоследующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечногоизлучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды вотоплении или в паровых электрогенераторах).
6. Термовоздушныеэлектростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока,направляемого на турбогенератор).
7. Солнечные аэростатныеэлектростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счетнагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытойселективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллонедостаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.[10]
Фотоэлемент — электронный прибор,который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первыйфотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов вконце XIX века.
/>Фотоэлемент на основе поликристаллическогокремнияФизический принцип работы фотоэлемента
Преобразованиеэнергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает внеоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечногоизлучения.
Неоднородностьструктуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводникаразличными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различныхполупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны — энергии отрываэлектрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт измененияхимического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширинызапрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различныекомбинации перечисленных способов.
Эффективностьпреобразования зависит от электрофизических характеристик неоднороднойполупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП, среди которыхнаиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениямивнутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.
Основныенеобратимые потери энергии в ФЭП связаны с:
· отражениемсолнечного излучения от поверхности преобразователя,
· прохождениемчасти излучения через ФЭП без поглощения в нём,
· рассеяниемна тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,
· рекомбинациейобразовавшихся фото-пар на поверхностях и в объёме ФЭП,
· внутреннимсопротивлением преобразователя,
· инекоторыми другими физическими процессами.
Дляуменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП разрабатываются, и успешноприменяется различные мероприятия. К их числу относятся:
· использованиеполупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённойзоны;
· направленноеулучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легированияи создания встроенных электрических полей;
· переходот гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;
· оптимизацияконструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n перехода, толщины базовогослоя, частоты контактной сетки и др.);
· применениемногофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление,терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации;
· разработкаФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основнойполосы поглощения;
· созданиекаскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоныполупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение,прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;
Такжесущественного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счёт созданияпреобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к ужеимеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно переизлучающихструктур, предварительного разложения солнечного спектра на две или болееспектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей(дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектраотдельным ФЭП и т. д. [13]
Фотоэлектрический эффект — явление испусканияэлектронов веществом под действием света. Было открыто в 1887 Г.Герцем,обнаружившим, что искровой разряд в воздушном промежутке легче возникает приналичии поблизости другого искрового разряда. Герц экспериментально показал,что это связано с ультрафиолетовым излучением второго разряда. В 1889 Дж.Томсони Ф.Ленард установили, что при освещении поверхности металла в откачанномсосуде она испускает электроны. Продолжая эти исследования, Ленардпродемонстрировал в 1902, что число электронов, вылетающих в 1 с с поверхностиметалла, пропорционально интенсивности света, тогда как их энергия зависит лишьот световой длины волны, т.е. цвета. Оба эти факта противоречили выводам теорииМаксвелла о механизме испускания и поглощения света. Согласно этой теории,интенсивность света служит мерой его энергии и, конечно, должна влиять наэнергию испускаемых электронов. [14]
Приопределенных условиях фотоэффект возможен в газах и атомных ядрах, из которыхфотоны с достаточно высокой энергией могут выбивать протоны и рождать мезоны.Фотоэлектрические свойства поверхности металла широко используются дляуправления электрическим током посредством светового пучка, при воспроизведениизвука со звуковой дорожки кинопленки, а также в многочисленных приборахконтроля, счета и сортировки. Фотоэлементы находят применение также всветотехнике. [15]
/>
Фотоэлектрическиеустановки. [16]
/>
Модули солнечные(фотоэлектрические) [17]
Солнечные батареи
В наше времятема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя болееактуальна. Традиционные источники стремительно иссякают и уже черезкаких-нибудь пятьдесят лет могут быть исчерпаны. И уже сейчас энергетическиересурсы довольно дороги и в значительной мере влияют на экономику многихгосударств.
Всё этозаставляет жителей нашей планеты искать новые способы получения энергии. Иодним из наиболее перспективных направлений является получение солнечнойэнергии. И это вполне естественно. Ведь именно Солнце даёт жизнь нашей планетеи обеспечивает нас теплом и светом. Солнце обогревает все уголки Земли,управляет реками и ветром. Его лучи выращивают не менее одного квадриллионатонн всевозможных растений, которые, в свою очередь, являются пищей дляживотных.
Такимобразом, мы уже используем солнечную энергию в своих нуждах и все традиционныеисточники энергии (нефть, уголь, торф) появились на земном шаре благодаряСолнцу.
Человек ссамых древних времён учился пользоваться дарами Солнца. Даже простой костёр,который согревал наших предков тысячи лет назад и продолжает это делать теперь,является по сути дела использованием солнечной энергии, которую накопиладревесина. Но Солнце способно удовлетворять и более масштабные потребностичеловека. По подсчётам учёных, человечество нуждается в десяти миллиардах тоннтоплива.
Есливысчитать количество таких условных тонн, которые предоставляются Солнцем втечение года, мы получим фантастическую сумму – около ста триллионов тонн.Таким образом, люди получают количество энергии, превышающее необходимыересурсы в десять раз. Нужно только взять это энергетическое богатство. Вот этотвопрос и является крайне актуальным для науки.
Результатоммноголетней работы стало такое устройство как солнечная батарея.[21] Сырье,или из чего делают солнечные батареи
Затронемпроблему сырья. Ученые заявляют, что кремний (основной ресурс для производствабольшинства типов солнечных батарей) — второй по распространенности элемент нанашей планете. На кремний приходится более четверти общей массы земной коры, нона какой кремний? Дело в том, что в большинстве случаев это веществовстречается в виде окиси — SiO2 (припоминаете песок из детской песочницы?), авот добыть чистый силициум (Silicium так химики называют кремний) из этогосоединения сложно, даже проблематично. Здесь имеют место стоимостные факторы,особенности технологий. Интересно отметить, что себестоимость чистого«солнечного» кремния равна себестоимости урана для АЭС, вот только запасовкремния на нашей планете в 100 тысяч раз больше.
По причинедороговизны кремния, отражающейся на розничной цене солнечных элементов,исследовательские центры на протяжении многих лет работают над поискомдостойной альтернативы. К примеру, немецкие ученые Института Физическойэлектроники в Штутгарте предложили использовать вместо кремния синтетические волокна,способные под воздействием света генерировать электрический ток. Новыеразработки хоть и не могут похвастаться высокими показателями КПД, но онидешевы и подходят для питания маломощных цифровых устройств. Рубашка из«синтетической» ткани может обеспечить энергией карманный ПК, мобильный телефонили MP3-плеер. Подумать только, а если мореплавателям попробовать сшить парусиз такого вот полотна? На обеспечение энергией бортовой электроники уж точнохватит.
Сегодня, вэпоху нанотехнологий, когда человек с легкостью завоевывает микромир, научныевклады инженеров могут в несколько раз ускорить процесс развития «солнечной»отрасли. Ярким примером тому может послужить заявление сотрудников норвежскойкомпании Scatec AS. Ученые уверены, что панели, изготовленные с применениемнанотехнологий, позволят снизить стоимость солнечной энергии по сравнению сраспространенными сейчас фотогальваническими ячейками в 2 раза. [20]Типы солнечных элементов Монокристаллический кремний
Наиболееэффективными и распространенными для широкого потребления являютсямонокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементовкремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезаюттонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотоннаяповерхность темно-синего или почти черного цвета. Сквозь кремний проходит сеткаиз металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +250С).
Срок службы таких панелейу хороших производителей составляет обычно 40-50 лет. Производительность закаждые 20-25 лет службы постепенно снижается примерно на 20%.Поликристаллический кремний
Технологияпринципиально не отличается от монокристаллических элементов, но разницасостоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевыйкремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множествакристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 14 до 15%. Тем не менееэти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что имонокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается ценапроизводства.
В Россииперспективнее все же использовать монокристаллические панели, поскольку принеразвитости собственного производства и больших расстояниях целесообразнееввозить и транспортировать более эффективные панели.Ленточный кремний
Принципиальнотакой же как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезаетсяот кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытиедает радужную окраску таким панелям. Эта технология не смогла завоевать рынок,занимая на нем лишь около 2%. В Росси почти не встречается.Аморфный кремний
В этом типеиспользуются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме напластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве,но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительнобыстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% можетпроизойти уже через два месяца. Очень часто в России привлеченные низкой ценойлюди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже черезгод-два такой элемент перестает давать энергию.
Распознать такую панельна вид можно по более блеклому сероватому или темному цвету непонятныхоттенков. На данном этапе развития этой технологии, применение таких панелей вРоссии не рекомендуется.Теллурий кадмия
Этот типтонкослойных солнечных элементов обладает потенциально большей эффективностью ив качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективностьсоставляет 8-11%. По себестоимости эти элементы не намного дешевле моно- иполи- кристаллических кремниевых и обладают проблемой использования токсичногокадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка. Допуск такихпанелей в Россию нежелателен в первую очередь из-за отечественного неумения, обращатьсяс потенциально токсичной продукцией.Другие элементы
Помимовышеперечисленных есть еще много различных солнечных элементов, не получившихбольшого распространения. Потенциально перспективными являются медно-галлиевые,концентрирующие, композитные и некоторые другие элементы.Где производят солнечные панели?
Производствосолнечных панелей растет бешеными темпами, стараясь поспеть за стремительнорастущим спросом. Причем одновременно растет спрос и для промышленныхэлектростанций и для бытового потребления.
Лидером впроизводстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть(29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт — вСША и Европу. Примечательно, что американцы, являясь крупнейшим потребителем,производят лишь 6% от всех солнечных панелей, предпочитая инвестировать вперспективные крупные заводы в Китае.
Ненамного отКитая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% отобщемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань — 11% рынка. Всеостальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.
К сожалению,на этом фоне Россия выглядит очень бледно. Наши государственные деятели покаограничиваются лишь громкими заявлениями. А производство солнечныхфотоэлектрических панелей до сих пор находится в зачаточном состоянии.Практически нет серьезных государственных инициатив и не созданы условий длячастных инвесторов.[18]
Солнечный коллектор
Этиустройства сегодня представляют собой наиболее распространённый тип солнечныхпреобразователей. Работа устройства осуществляется при температуре от ста додвухсот градусов.
Говорить оприменении этих установок можно бесконечно.
Уже в нашидни солнечные коллекторы выполняют огромный диапазон работы. При помощиколлекторов подогревают еду, избавляют от соли, добывают воду из колодцев.
Посредствомконцентрированной солнечной энергии можно сушить овощи или фрукты, а также замораживаютпродукты.
Следуетсказать, что главное преимущество использования теплового солнечногопреобразователя заключается в обеспечении высокого КПД.
Так,последние разработки позволяют говорить о сорока пяти и даже шестидесятипроцентах. Кстати, уровень эффективности тепловых гелиоприёмников можноповысить путём их дополнения специальными зеркальными поверхностями.
Главнаяфункция такой поверхности – концентрировать поступающее излучение. Еслирассматривать эти устройства как средство обеспечения энергией жилого дома, тонаиболее практичными обещают быть так называемые фоконы.
Речь идёт оплоских солнечных элементах с линейными концентраторами. Это приспособлениепредставлено в виде V-образной формы. Кстати, прибор может быть не толькоплоским, но и параболоидным.
Конечно,такая усовершенствованная конструкция обойдётся потребителю гораздо дороже, нои эффект будет соответствующим.
Для домашнихнужд прекрасно подойдёт коллектор, выполняющий роль водонагревателя. В составконструкции входят коробка со змеевиком, бак с холодной водой, бак-аккумулятори трубы.
Главное –правильно установить коробку. Она должна находиться под углом в 30-50 градусови быть направлена на юг. Холодная вода находится в нижней части коробки, онанагревается и вытесняется поступающей холодной водой, поступает вбак-аккумулятор.
Производительностьустановки в течение дня составляет около двух кВт/ч с каждого квадратногометра. Вода может нагреваться до шестидесяти или семидесяти градусов, чтопозволяет использовать её в самых разных целях (отопление, душ и т.д.).
Такжеустройство может похвастаться высоким КПД. Обычно он достигает сорокапроцентов. Принцип работы солнечных коллекторов во многом напоминает принциптеплиц. Такие коллекторы могут изготавливаться из разных материалов – дерева,металла, пластика.
С однойстороны они закрываются одинарным или двойным стеклом. Чтобы обеспечить полноепоглощение солнечных лучей, в короб вставляют лист из металла. Как правило,этот лист окрашивается в чёрный цвет.
Коробкасодержит воздух или воду, которые нагреваются и затем поступают в бакпосредством действия вентилятора или насоса. [21]Преимущества использования солнечных коллекторов
Важнейшеедостоинство солнечных коллекторов — простота и относительная дешевизна ихизготовления, неприхотливость в эксплуатации.
Необходимыйминимум для того, чтобы сделать коллектор своими руками — это несколько метровтонкой трубы (желательно медной тонкостенной — её можно согнуть с минимальнымрадиусом) и немного чёрной краски, хотя бы битумного лака.
При этомзмеевику легко придать форму, максимально использующую всё выделенное дляколлектора место.
Единственноеважное замечание — необходимо учитывать, что в жаркий солнечный день приотсутствии разбора вода может перегреться выше температуры кипения, поэтому вконструкции необходимо принять соответствующие меры предосторожности (если незакрывать трубу стеклом, то перегрева обычно можно не опасаться).
Другое, неменее важное достоинство, заключается в том, коллектор способен уловить ипреобразовать в тепло более 90% попавшего на него солнечного излучения. Дажепри лёгкой облачности его КПД превосходит КПД батарей других типов. [23]Как создать солнечную батарею самому?
Солнечнаябатарея— бытовой термин, используемый в разговорной речи или не научной прессе. Обычнопод термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединённыхфотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковыхустройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрическийток.
В отличие от солнечныхколлекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батареяпроизводит непосредственно электричество. Хотя, для производства электричестваиз солнечной энергии используются и солнечные коллекторы: собранную тепловуюэнергию можно использовать и для вырабатывания электричества. Крупные солнечныеустановки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качествеэнергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной,термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанции (ГЕЭС).[8]
Лет 10 назадмногие развлекались тем, что устанавливали у себя дома небольшие солнечныебатарейки. С 1 кв. м. солнечной батареи можно снять до 150 Вт. Это конечнонемного, но на зарядку радио хватит. Так можно ли ее сделать? Давайтепопробуем:
Что понадобиться:
1. Купленныев магазине фотоэлементы или диоды.
2. Деревяннаярама.
3. Терпениеи умелые руки.
Инструкция:
1. Важноправильно выбрать главный элемент солнечной батареи – фотопластинки. От нихзависит выходная мощность будущей солнечной батареи. Правильно выбрать их вампоможет продавец консультант в нужном вам магазине. В идеале нам будут нужныкремниевые фотоэлементы, но они очень дороги.
2. Далеенам понадобится рама, куда мы будем их вставлять. Рама должна бытьдиэлектрически непроницаема – то есть не проводить ток. Например, деревянная.Ее следует тщательно подготовить. Вырежьте в ней дырочки для проводов,прикиньте размеры, сколько пластинок туда влезет, придумайте, как она будетстоять и так далее.
3. Далеенам следует тщательно подключить ВСЕ пластинки к проводкам, если они еще неподключены, приклеить их к раме, продев все проводки в заранее отведенные иобдуманные места. Это, пожалуй, самый долгий и кропотливый шаг в нашей работе.
4. Далеенам следует решить, что нам важнее: Мощность или Сила тока? В первом случае намнужно будет соединить все проводники последовательно, а во втором –параллельно.
5. Инаконец, установите получившуюся батарею в наиболее солнечное место. Неволнуйтесь, если выходная мощность окажется невелика – наша широта все так и неочень хорошо приспособлена для извлечения энергии из солнечного потока.Результаты, как правило, в 2-3 раза ниже чем, скажем, на экваторе.[9]Достоинства и недостаткиДостоинства
1. Общедоступностьи неисчерпаемость источника.
2. Теоретически,полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, чтоповсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земнойповерхности и привести к изменению климата (однако при современном уровнепотребления энергии это крайне маловероятно)./>/>Недостатки
1. Зависимостьот погоды и времени суток.
2. Какследствие необходимость аккумуляции энергии.
3. Высокаястоимость конструкции.
4. Необходимостьпостоянной очистки отражающей поверхности от пыли.
5. Нагреватмосферы над электростанцией. [10]«За» и «против» солнечной энергии
Идеальна лисолнечная энергетика с технической и экономической точки зрения? К сожалению,не совсем. Мы постараемся выделить основные преимущества и недостатки этогоспособа добычи энергии.
Начнем сположительных сторон. Во-первых, «сырье», т.е. солнечный свет, никогда незакончится. Вторым плюсом солнечной энергии является ее общедоступность, таккак солнце светит на юге и западе, в Африке и Европе.
Противоречивымявляется вопрос абсолютной безопасности этих технологий для окружающей среды.Конечно, это не атомная энергетика и не добыча нефти, газа, однако на данномэтапе развития «солнечных» технологий при изготовлении батарей используютсявредные вещества, которые тем или иным образом могут навредить природе. Ужеготовые образцы (фотоэлементы) содержат ядовитые вещества, такие как свинец,кадмий, галлий, мышьяк.
Что касаетсясрока службы преобразователей (30 – 50 лет), то здесь возникает проблемапоследующей переработки отживших свое модулей, а решение вопроса их утилизациидо сих пор не найдено. Явным недостатком процесса добычи энергии является такназываемая непостоянность. Солнечные системы не способны работать ночью, авечером и в утренних сумерках эффективность станций падает в несколько раз.
Серьезноевлияние оказывают и погодные факторы. Многие сетуют на относительнуюдороговизну солнечных элементов, недостаточную эффективность в планематериальных затрат и окупаемости (на данный момент). «Подводным камнем»функционирования современных «солнечных ферм» становится проблема техническойподдержки и обслуживания. Разработчики утверждают, что интенсивный нагревфотоэлементов существенно снижает эффективность системы в целом, поэтому здесьнужно предусматривать решение проблемы организации охлаждения модулей. Такжесолнечные батареи необходимо периодически чистить от пыли и грязи, а в случаеработы с установкой площадью несколько квадратных километров с очисткой могутвозникнуть значительные сложности.
У идеальной,на первый взгляд, технологии добычи энергии даже сегодня имеется целый ряднедостатков, однако можно быть уверенными в том, что это всего лишь индикаторсовершенствования солнечной энергетики. Каждый день технологического прогрессасможет искоренять один недостаток за другим, поэтому это вопрос времени. [19]Технологии солнечной энергетики
Более чем заполвека ученые перепробовали огромное количество различных вариантов и способовдобычи и использования солнечной энергии. Дорогие и малоэффективные технологииуступали место привлекательным и дешевым разработкам, которые не прекращаютсовершенствоваться на протяжении многих лет. Выделим самые распространенныегруппы технологий «солнечной» отрасли и постараемся выявить наиболеепривлекательные варианты для потребителя. Для начала стоит определиться склассификацией «солнечных» технологий, разделенных учеными на 4 группы:активные, пассивные, непосредственные (или «прямые») и непрямые (косвенные).
Активные – вместе с преобразователямизадействуются механизмы, электромоторы, помпы. Солнечная энергия используетсядля нагрева воды, освещения, вентиляции.
Пассивные – отличаются от активныхотсутствием в контурах систем каких-либо механизмов, движущих частей.Особенностью построения пассивных солнечных структур для организации системвентиляции, отопления является подбор соответствующих по физическим параметрамстроительных материалов, специфическая планировка помещения, размещение окон.
К непосредственнымили «прямым» технологиям относят системы, преобразовывающие солнечнуюэнергию в ходе одного уровня или этапа.
К группе «непрямых»технологий принадлежат системы, процесс функционирования которых включает всебя многоуровневые преобразования и трансформации для получений требуемойформы энергии.
Исходя извыше представленной классификации групп технологий солнечной энергетики, можнос легкостью охарактеризовать сферы деятельности человека, где энергия солнцаполучила наибольшее распространение. [12]
В столице Мордовии будет модернизирована системауличного освещения
Как сообщилив пресс-службе администрации городского округа Саранска, в течении текущегогода в столице Мордовии будет разработана программа, цель которой — заменавоздушных линий электропередач, а также уличных светильников.
Большая частьлиний электропередач, а их свыше 500 километров, выработала свои ресурсы. кромевсего прочего, датчиками шума и движения, а также новыми светильникамипланируется оснастить вес лестничные площадки в домах до 1 сентября 2011 года.
По словамглавы администрации городского округа, Саранск Владимира Сушкова, главноетребование к новым светильникам — это вандалоустойчивость. Они должны надежнокрепиться и иметь определенную форму.
Из 36миллионов рублей, выделенных на обновление, большую часть составляют средстванаселения, собранные по строке «Текущий ремонт», а это 28 миллионов рублей. [22]
Используемая литература и сайты
1. ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%86%D0%B5 – Солнце,
2. ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%BB%D1%8C — Солнечная батарея
3. galspace.spb.ru/index115.html — Солнечная энергия — будущее Земли
4. www.dvfond.ru/sun/index.shtml — Солнце — вечная энергия;Проблемы
5. galspace.spb.ru/index115.html — Солнечная система — общиевопросы
6. www.dvfond.ru/sun/index.shtml — Использование энергиисолнца
7. www.dvfond.ru/sun/index.shtml — Как работают солнечныепанели
8. ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%BB%D1%8C — Солнечная батарея — определение
9. akak.ru/recipes/4739-kak-sozdat-solnechnuyu-batareyu-samomu
- Как создать солнечную батарею самому; Инструкция
10. ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F_%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%86%D0%B0#cite_note-name-1-0 — Солнечная батарея;Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения
11. www.powerinfo.ru/sun-power.php — История открытия солнечнойэнергии www.3dnews.ru/editorial/sun_energy/ — Солнечная энергия: подарок с небес или посредственно благо?Технологии солнечной энергетики
12. ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82
- Фотоэлемент; Физический принцип работы фотоэлемента
13. Рывкин С.М.Фотоэлектрические явления в полупроводниках. М., 1963
14. Джафаров Т.Дж.О.Фотостимулированные атомные процессы в полупроводниках. М., 1984
15. elektroas.ru/author/admin/page/128
- Электролаборатория
16. morana.ucoz.ru/publ/4-1-0-69
- Энергия солнца; Солнечные элементы
17. www.dvfond.ru/sun/index.shtml
- Типы солнечных элементов
18. www.3dnews.ru/editorial/sun_energy/
- «За» и «против» солнечной энергии
19. www.3dnews.ru/editorial/sun_energy/
- Сырье, или из чего делают солнечные батареи
20. sunbattery.net/index.php
- смысл использования Солнечных батарей. Альтернативный источник энергии.Солнце и как его использовать для получения энергии.
21. sunbattery.net/vid_batarey.php?page=sun
– солнечный коллектор. Вид батарей, отличие от других видов солнечных батарей.Принцип работы, материал из которого создают.
22. pmsvet.ru/v-stolitse-mordovii-budet-modernizirovana-sistema-ulichnogo-osvescheniya.html
- перспективы использования солнечных батарей в Мордовии на примере уличногоосвещения.
23. sunbattery.net/vid_batarey.php?page=sun_preimuwestva
– преимущества использования солнечных коллекторов