Солнечные батареи

ustify"> Эффективность преобразования зависит от электрофизических  характеристик неоднородной полупроводниковой  структуры, а также оптических свойств  ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

 Основные  необратимые потери энергии в  ФЭП связаны с:

 ·  отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя,

 ·  прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём,

 ·  рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,

 ·  рекомбинацией образовавшихся фото-пар на поверхностях и в объёме ФЭП,

 ·  внутренним сопротивлением преобразователя,

 ·  и некоторыми другими физическими процессами.

 Для уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП  разрабатываются, и успешно применяется  различные мероприятия. К их числу  относятся:

 ·  использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны;

 ·  направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легирования и создания встроенных электрических полей;

 ·  переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;

 ·  оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.);

 ·  применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации;

 ·  разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосы поглощения;

 ·  создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;

 Также существенного повышения КПД  ФЭП удалось добиться за счёт создания преобразователей с двухсторонней  чувствительностью (до +80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно переизлучающих структур, предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭП и т. д. [13]

 Фотоэлектрический эффект - явление испускания электронов веществом под действием света. Было открыто в 1887 Г.Герцем, обнаружившим, что искровой разряд в воздушном промежутке легче возникает при наличии поблизости другого искрового разряда. Герц экспериментально показал, что это связано с ультрафиолетовым излучением второго разряда. В 1889 Дж.Томсон и Ф.Ленард установили, что при освещении поверхности металла в откачанном сосуде она испускает электроны. Продолжая эти исследования, Ленард продемонстрировал в 1902, что число электронов, вылетающих в 1 с с поверхности металла, пропорционально интенсивности света, тогда как их энергия зависит лишь от световой длины волны, т.е. цвета. Оба эти факта противоречили выводам теории Максвелла о механизме испускания и поглощения света. Согласно этой теории, интенсивность света служит мерой его энергии и, конечно, должна влиять на энергию испускаемых электронов. [14]

 При определенных условиях фотоэффект возможен в газах  и атомных ядрах, из которых фотоны с достаточно высокой энергией могут  выбивать протоны и рождать мезоны. Фотоэлектрические свойства поверхности  металла широко используются для  управления электрическим током  посредством светового пучка, при  воспроизведении звука со звуковой дорожки кинопленки, а также в  многочисленных приборах контроля, счета  и сортировки. Фотоэлементы находят применение также в светотехнике. [15]

 

 Фотоэлектрические установки. [16]

 

 Модули  солнечные (фотоэлектрические) [17]

1  

Монокристаллический кремний

 Наиболее  эффективными и распространенными  для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов  кремний очищается, плавится и кристаллизуется  в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность  темно-синего или почти черного  цвета. Сквозь кремний проходит сетка  из металлических электродов. Эффективность  такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +250С).

 Срок  службы таких панелей у хороших  производителей составляет обычно 40-50 лет. Производительность за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается  примерно на 20%.

Поликристаллический кремний

 Технология  принципиально не отличается от монокристаллических  элементов, но разница состоит в  том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 14 до 15%. Тем не менее эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства.

 В России перспективнее все же использовать монокристаллические панели, поскольку  при неразвитости собственного производства и больших расстояниях целесообразнее ввозить и транспортировать более  эффективные панели.

Ленточный кремний

 Принципиально такой же как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезается от кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытие дает 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 типе используются не кристаллы, а тончайшие  слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию.

 Распознать  такую панель на вид можно по более  блеклому сероватому или темному  цвету непонятных оттенков. На данном этапе развития этой технологии, применение таких панелей в России не рекомендуется.

Теллурий  кадмия

 Этот  тип тонкослойных солнечных элементов  обладает потенциально большей эффективностью и в качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективность  составляет 8-11%. По себестоимости эти  элементы не намного дешевле моно- и поли- кристаллических кремниевых и обладают проблемой использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка. Допуск таких панелей в Россию нежелателен в первую очередь из-за отечественного неумения, обращаться с потенциально токсичной продукцией.

Другие  элементы

 Помимо  вышеперечисленных есть еще много  различных солнечных элементов, не получивших большого распространения. Потенциально перспективными являются медно-галлиевые, концентрирующие, композитные  и некоторые другие элементы.

Где производят солнечные  панели?

 Производство  солнечных панелей растет бешеными темпами, стараясь поспеть за стремительно растущим спросом. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления.

 Лидером в производстве солнечных панелей  является Китай. Здесь производят почти  треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт - в США и Европу. Примечательно, что американцы, являясь крупнейшим потребителем, производят лишь 6% от всех солнечных панелей, предпочитая  инвестировать в перспективные  крупные заводы в Китае.

 Ненамного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань - 11% рынка. Все остальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.

 К сожалению, на этом фоне Россия выглядит очень  бледно. Наши государственные деятели  пока ограничиваются лишь громкими заявлениями. А производство солнечных фотоэлектрических панелей до сих пор находится в зачаточном состоянии. Практически нет серьезных государственных инициатив и не созданы условий для частных инвесторов.[18]

 

 Солнечный коллектор

 Эти устройства сегодня представляют собой наиболее распространённый тип солнечных  преобразователей. Работа устройства осуществляется при температуре  от ста до двухсот градусов.

 Говорить  о применении этих установок можно  бесконечно.

 Уже в  наши дни солнечные коллекторы выполняют  огромный диапазон работы. При помощи коллекторов подогревают еду, избавляют  от соли, добывают воду из колодцев.

 Посредством концентрированной солнечной энергии  можно сушить овощи или фрукты, а также замораживают продукты.

 Следует сказать, что главное преимущество использования теплового солнечного преобразователя заключается в  обеспечении высокого КПД.

 Так, последние  разработки позволяют говорить о  сорока пяти и даже шестидесяти процентах. Кстати, уровень эффективности тепловых гелиоприёмников можно повысить путём их дополнения специальными зеркальными поверхностями.

 Главная функция такой поверхности –  концентрировать поступающее излучение. Если рассматривать эти устройства как средство обеспечения энергией жилого дома, то наиболее практичными  обещают быть так называемые фоконы.

 Речь  идёт о плоских солнечных элементах  с линейными концентраторами. Это  приспособление представлено в виде V-образной формы. Кстати, прибор может  быть не только плоским, но и параболоидным.

 Конечно, такая усовершенствованная конструкция  обойдётся потребителю гораздо  дороже, но и эффект будет соответствующим.

 Для домашних нужд прекрасно подойдёт коллектор, выполняющий роль водонагревателя. В состав конструкции входят коробка  со змеевиком, бак с холодной водой, бак-аккумулятор и трубы.

 Главное – правильно установить коробку. Она должна находиться под углом  в 30-50 градусов и быть направлена на юг. Холодная вода находится в нижней части коробки, она нагревается  и вытесняется поступающей холодной водой, поступает в бак-аккумулятор.

 Производительность  установки в течение дня составляет около двух кВт/ч с каждого квадратного метра. Вода может нагреваться до шестидесяти или семидесяти градусов, что позволяет использовать её в самых разных целях (отопление, душ и т.д.).

 Также устройство может похвастаться высоким  КПД. Обычно он достигает сорока процентов. Принцип работы солнечных коллекторов  во многом напоминает принцип теплиц. Такие коллекторы могут изготавливаться  из разных материалов – дерева, металла, пластика.

 С одной  стороны они закрываются одинарным  или двойным стеклом. Чтобы обеспечить полное поглощение солнечных лучей, в короб вставляют лист из металла. Как правило, этот лист окрашивается в чёрный цвет.

 Коробка содержит воздух или воду, которые  нагреваются и затем поступают  в бак посредством действия вентилятора  или насоса. [21]

Преимущества  использования солнечных  коллекторов

 Важнейшее достоинство солнечных коллекторов  — простота и относительная дешевизна  их изготовления, неприхотливость в  эксплуатации.