Реферат: Сонячні батареї

03.04.2017

Люди завжди бояться змін.

Люди боялися електрики,

коли воно було винайдено, чи не так?

Люди боялися вугілля, вони боялися, газових двигунів.

Там завжди буде невігластво і незнання призводить до страху.

3. Напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі енергії

4. Фізичний принцип роботи фотоелемента

5. Фотоелементи для промислового призначення

6. Сонячна батарея на даху будинку

7. Використання в космосі

8. Ефективність фотоелементів і модулів

9. Фактори, що впливають на ефективність фотоелементів

10. Література

1. Введення

Людству потрібна енергія, причому потреби в ній збільшуються з кожним роком. Разом з тим запаси традиційних природних палив (нафти, вугілля, газу і ін) скінченна. Кінцеві також і запаси ядерного палива — урану і торію, з якого можна отримати в реакторах-размножителях плутоній. Практично невичерпні запаси термоядерного палива — водню, проте керовані термоядерні реакції поки не освоєні і невідомо коли вони будуть використані для промислового отримання енергії в чистому вигляді, т.тобто без участі в цьому процесі реакторів ділення У зв’язку з зазначеними проблемами стає все більш необхідним використання нетрадиційних енергоресурсів, передусім сонячної, вітрової, геотермальної енергії, поряд із впровадженням енергозберігаючих технологій.

Серед відновлюваних джерел енергії сонячна радіація за масштабами ресурсів, екологічну чистоту і повсюдної поширеності найбільш перспективна.

2. Сонячна батарея

Сонячна батарея — побутової термін, що використовується в розмовній мові або не науковій пресі. Зазвичай під терміном «сонячна батарея» мається на увазі кілька об’єднаних фотоелектричних перетворювачів (фотоелементів) — напівпровідникових пристроїв, прямо перетворюють сонячну енергію в постійний електричний струм.

На відміну від сонячних колекторів, які виробляють нагрівання матеріалу-теплоносія, сонячна батарея безпосередньо виробляє електрику. Хоча, для виробництва електрики з сонячної енергії використовуються і сонячні колектори: зібрану теплову енергію можна використовувати і для вироблення електрики. Великі сонячні установки, що використовують висококонцентроване сонячне випромінювання в якості енергії для приведення в дію теплових та ін. машин (паровий, газотурбінної, термоелектричної та ін), називаються Геліоелектростанції (ГЕЕС).

Різні пристрої, що дозволяють перетворювати сонячне випромінювання в теплову і електричну енергію, є об’єктом дослідження геліоенергетики (від геліос грец. ?????, Helios — сонце). Виробництво фотоелектричних елементів і сонячних колекторів розвивається швидкими темпами в різних напрямках. Сонячні батареї бувають різного розміру: від вбудованих в мікрокалькулятори, займають до даху автомобілів і будинків.

3. Напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі енергії

Найбільш ефективними, з енергетичної точки зору, пристроями для перетворення сонячної енергії в електричну є напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі (ФЕП), оскільки це прямий, одноступінчатий перехід енергії. ККД виробляються у промислових масштабах фотоелементів в середньому становить 16%, у кращих зразків до 25%.[1] В лабораторних умовах вже досягнутий ККД 40,7 %.

4. Фізичний принцип роботи фотоелемента

Перетворення енергії в ФЕП засноване на фотоелектричному ефекті. Фотоелектричний ефект виникає в сонячному елементі при його освітленні світлом у видимій та ближній інфрачервоній областях спектру. У сонячному елементі з напівпровідникового кремнію товщиною 50мкм поглинаються фотони, і їх енергія перетворюється в електричну за допомогою p-n з’єднання.

Перехід на гетеросоединения типу арсеніду галію і алюмінію, застосування концентраторів сонячної радіації з кратністю концентрації 50-100 дозволяє підвищити ККД з 20 до 35 %. У 1989 р. фірмою «Боїнг» створено двошаровий елемент, що складається з двох напівпровідників — арсеніду та антимоніду галію — з коефіцієнтом перетворення сонячної енергії в електричну, що дорівнює 37 %. У звичайних кремнієвих елементах інфрачервоне випромінювання не використовується, в той час як в новому елементі в першому прозорому шарі (арсенід галію) поглинається і перетвориться в електрику видиме світло, а інфрачервона частина спектру, що проходить через цей шар, поглинається і перетвориться в електрику у другому шарі (антимониде галію), у результаті ККД становить 28%+9%=37%, що цілком порівнянно з ККД сучасних теплових і атомних електростанцій.

Неоднорідність структури ФЕП може бути отримана легуванням одного і того ж напівпровідника різними домішками (створення p-n переходів) або шляхом з’єднання різних напівпровідників з неоднаковою шириною забороненої зони — енергії відриву електрона з атома (створення гетеропереходів), або ж за рахунок зміни хімічного складу напівпровідника, що приводить до появи градієнта ширини забороненої зони (створення варизонных структур). Можливі також різні комбінації перерахованих способів.

Ефективність перетворення залежить від електрофізичних характеристик неоднорідною напівпровідникової структури, а також оптичних властивостей ФЕП, серед яких найбільш важливу роль грає фотопроводимость. Вона обумовлена явищами внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках при опроміненні їх сонячним світлом.

Основні незворотні втрати енергії в ФЕП пов’язані з:

1) відображенням сонячного випромінювання від поверхні перетворювача,

2) проходженням частини випромінювання через ФЕП без поглинання в ньому,

3) розсіюванням на теплових коливаннях гратки надлишкової енергії фотонів,

4) рекомбінацією утворилися фото-пар на поверхнях і в обсязі ФЕП,

5) внутрішнім опором перетворювача,

6) і деякими іншими фізичними процесами.

Для зменшення всіх видів втрат енергії в ФЕП розробляються і успішно застосовується різні заходи. До їх числа відносяться:

-використання напівпровідників з оптимальною для сонячного випромінювання шириною забороненої зони;

— спрямоване поліпшення властивостей напівпровідникової структури шляхом її оптимального легування і створення вбудованих електричних полів;

— перехід від гомогенних до гетерогенним і варизонным напівпровідникових структур;

— оптимізація конструктивних параметрів ФЕП (глибини залягання p-n переходу, товщини базового шару, частоти контактної сітки та ін);

— застосування багатофункціональних оптичних покриттів, що забезпечують просвітлення, терморегулювання і захист ФЕП від космічної радіації;

— розробка ФЕП, прозорих в довгохвильовій області сонячного спектра за краєм основної смуги поглинання;

— створення каскадних ФЕП із спеціально підібраних по ширині забороненої зони напівпровідників, що дозволяють перетворювати в кожному каскаді випромінювання, що пройшло через попередній каскад, тощо;

Також істотного підвищення ККД ФЕП вдалося досягти за рахунок створення перетворювачів з двостороннім чутливістю (до +80 % до вже наявного ККД однієї сторони), застосування люмінесцентно переизлучающих структур, попереднього розкладання сонячного спектру на дві або більше спектральні області за допомогою багатошарових плівкових светоделителей (діхроічних дзеркал) з подальшим перетворенням кожної ділянки спектру окремих ФЕП і т. д.

5. Фотоелементи для промислового призначення

На сонячних електростанціях (СЕС) можна використовувати різні типи ФЕП, однак не всі вони відповідають комплексу вимог до цих систем:

висока надійність при тривалому (25-30 років) ресурс роботи;

висока доступність сировини та можливість організації масового виробництва;

прийнятні з точки зору строків окупності витрат на створення системи перетворення;

мінімальні витрати енергії і маси, пов’язані з управлінням системою перетворення і передачі енергії (космос), включаючи орієнтацію і стабілізацію станції в цілому;

зручність техобслуговування.

Деякі перспективні матеріали важко отримати необхідних для створення СЕС кількостях із-за обмеженості природних запасів вихідної сировини або складності його переробки. Окремі методи поліпшення енергетичних і експлуатаційних характеристик ФЕП, наприклад за рахунок створення складних структур, погано сумісні з можливостями організації їх масового виробництва при низькій вартості і т. д.

Висока продуктивність може бути досягнута лише при організації повністю автоматизованого виробництва ФЕП, наприклад на основі стрічкової технології, і створення розвиненої мережі спеціалізованих підприємств відповідного профілю, тобто фактично цілої галузі промисловості, порівнянної за масштабами з сучасної радіоелектронної промисловістю. Виготовлення фотоелементів і складання сонячних батарей на автоматизованих лініях забезпечить багаторазове зниження собівартості батареї.

Найбільш імовірними матеріалами для фотоелементів СЕС вважаються кремній, Cu(In,Ga)Se2 і арсенід галію (GaAs), причому в останньому випадку мова йде про гетерофотопреобразователях (ГФП) зі структурою AlGaAs-GaAs.

6. Сонячна батарея на даху будинку

Сонячні батареї великого розміру, як і сонячні колектори, дуже широко використовуються в тропічних і субтропічних регіонах з великою кількістю сонячних днів. Особливо популярні в країнах Середземномор’я, де їх поміщають на дахах будинків.

Нові будинки Іспанії з березня 2007 року повинні бути обладнані сонячними водонагрівачами, щоб самостійно забезпечувати від 30 % до 70 % потреб в гарячій воді, в залежності від місця розташування будинку та очікуваного споживання води. Нежитлові будівлі (торгові центри, госпіталі тощо) повинні мати фотоелектричного обладнання.

7. Використання в космосі

Сонячні батареї — один з основних способів одержання електричної енергії на космічних апаратах: вони працюють тривалий час без витрат будь-яких матеріалів, і в той же час є екологічно безпечними, на відміну від ядерних і радіоізотопних джерел енергії.

Однак при польотах на великому видаленні від Сонця (за орбітою Марса) їх використання стає проблематичним, так як потік сонячної енергії обернено пропорційний квадрату відстані від Сонця. При польотах до Венері і Меркурію, навпаки, потужність сонячних батарей значно зростає (в районі Венери в 2 рази, в районі Меркурія в 6 разів).

8. Ефективність фотоелементів і модулів

Потужність потоку сонячного випромінювання на квадратний метр, без урахування втрат в атмосфері, становить близько 1350 вт. У той же час, питома потужність сонячного випромінювання в Європі дуже хмарну погоду навіть вдень може бути менше 100 Вт/м?. З допомогою найбільш поширених сонячних батарей можна перетворити цю енергію в електрику з ефективністю 9 % -24 %. При цьому ціна батареї складе близько 1-3 доларів США за Ват номінальної потужності. При промислової генерації електрики з допомогою фотоелементів ціна за кВт·год складе 0,25 дол. Очікується, що до 2010 року собівартість знизиться до 0,15 дол.

Повідомляється, що в окремих лабораторіях отримані сонячні елементи з ефективністю 44 %. У 2005 році було заявлено, що російські вчені розробили ‘Зоряні батареї’ з ефективністю фотоелементів 90%. У 2007 році з’явилася інформація, про винахід російськими вченими елементів з ефективністю 54 %, але ці високоефективні панелі не можуть масово використовуватися у вигляді відсутності масового виробництва.

Максимальні значення ефективності фотоелементів і модулів, досягнуті в лабораторних умовах

Короткий опис статті: сонячні батареї доповідь >Реферат: Сонячні батареї (Комунікації і зв’язок) читати онлайн або завантажити безкоштовно. >Сонячні батареї, Реферат, Комунікації і зв’язок, скачати

Джерело: Реферат — Сонячні батареї — Комунікації і зв’язок

Також ви можете прочитати