Альтернативные источники энергии

Содержание.

 

• Введение.
• Понятие солнечной батареи.
• Первое появление.
• Принцип работы.
• Где используются.
• Эффективность.
• Производство.
• Сырье для изготовления панелей.
• Достоинства.
• Недостатки.
• Вывод.
• Источники информации.

 

 

Немного из истории открытия.

 
Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор - аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.

 

В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Однако для производства электричества из солнечной энергии используются и солнечные коллекторы: собранную тепловую энергию можно использовать и для вырабатывания электричества. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанции (ГЕЭС).

Различные устройства, позволяющие преобразовывать солнечное излучение в тепловую и электрическую энергию, являются объектом исследования гелиоэнергетики . Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается высокими темпами в самых разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.

 

 

Понятие солнечной батареи.

 
Солнечная батарея — несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов, ФЭП) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

 

Первое появление.

 

25 апреля 1954 года, специалисты компании  Bell Laboratories заявили о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока. Это открытие было произведено тремя сотрудниками компании — Кельвином Соулзером Фуллером, Дэрилом Чапин  и Геральдом Пирсоном.

 

17 марта 1958 году, в США был запущен  первый спутник с солнечными  батареями — Vanguard 1.

 

15 мая 1958 года в СССР был запущен  Спутник-3, также с использованием  солнечных батарей.

 

Принцип работы. 

 
Наиболее эффективными с энергетической точки зрения устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку позволяют осуществить прямой, одноступенчатый переход энергии.

 

Кремний p-типа.

 
Полупроводник p-типа — полупроводник, в котором основными носителями заряда являются дырки. 
Ниже приведен пример кристаллической решетки полупроводника p-типа.

 

Кремний n-типа.

 
 Полупроводники n-типа — полупроводник, в котором основные носители заряда — электроны проводимости. 
Ниже приведен пример кристаллической решетки кремния с примесным атомом фосфора.

 

 

 

 

Где используются.

 
 

Микроэлектроника 
 
Электромобили 
 
Энергообеспечение зданий 
 
Использование в космосе

 

Микроэлектроника.

 

 Для обеспечения электричеством и/или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.

 

 Микроэлектроника — подраздел электроники, связанный с изучением и производством электронных компонентов с геометрическими размерами характерных элементов порядка нескольких микрометров и меньше.

 

Электромобили.

 

Для подзарядки электромобилей.

 

Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов и трамваев.

 

Энергообеспечение зданий.

 
 Солнечные батареи крупного  размера, как и солнечные коллекторы, очень широко используются в  тропических и субтропических  регионах с большим количеством  солнечных дней. Особенно популярны  в странах Средиземноморья, где  их помещают на крышах домов. 

Новые дома Испании с марта 2007 года оборудованы солнечными водонагревателями, чтобы самостоятельно обеспечивать от 30 % до 70 % потребностей в горячей воде, в зависимости от места расположения дома и ожидаемого потребления воды. Нежилые здания (торговые центры, госпитали и т. д.) должны иметь фотоэлектрическое оборудование.

В Нидерландах запущен проект по созданию оконного стекла «Smart Energy Glass» с функциональностью фотоэлемента.

 

 

Использование в космосе.

 

 
 Солнечные батареи — один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных и радиоизотопных источников энергии. Но стоит помнить о том, что, чем дальше ты от солнца – тем меньше поступающая энергия, соответственно.

Однако при полётах на большом удалении от Солнца (за орбитой Марса) их использование становится проблематичным, так как поток солнечной энергии обратно пропорционален квадрату расстояния от Солнца. При полётах же к Венере и Меркурию, напротив, мощность солнечных батарей значительно возрастает (в районе Венеры в 2 раза, в районе Меркурия в 6 раз).

 

Эффективность солнечных панелей.

 
 
 Мощность потока солнечного  излучения на входе в атмосферу  Земли , составляет около 1366 ватт на квадратный метр. В то же время, удельная мощность солнечного излучения в Европе в очень облачную погоду даже днём может быть менее 100 Вт/м². С помощью наиболее распространённых промышленно производимых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с эффективностью 9—24 %.  При этом цена батареи составит около 1—3 долларов США за Ватт номинальной мощности. При промышленной генерации электричества с помощью фотоэлементов цена за кВт·ч составит 0,25 доллара.

 

В 2013 году компания Sharp создала трёхслойный фотоэлемент размером 4х4 мм на индиево-галлий-арсенидной основе с КПД 44,4 %, а группа специалистов из Института систем солнечной энергии общества Фраунгофера, компаний Soitec, CEA-Leti и Берлинского центра имени Гельмгольца создали фотоэлемент, использующий линзы Френеля с КПД 44,7 %, превзойдя своё собственное достижение в 43,6 %

 

 

Где производится (Топ 10 крупнейших производителей на момент 2013 года).

 

1. Yingli 
   2.Trina Solar  
   3.Sharp Solar 
   4.Canadian Solar  
   5.Jinko Solar  
   6.ReneSola  
   7.First Solar 
   8.Hanwha Solarone 
   9.Kyocera 
   10.JA Solar

Где производятся (процентное соотношение).

 
 
 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.

 

Сырье для производства солнечных панелей.

 

 
 Ученые заявляют, что кремний - второй по распространенности  элемент на нашей планете. На  кремний приходится более четверти  общей массы земной коры, но  на какой кремний? Дело в том, что в большинстве случаев  это вещество встречается в  виде окиси - SiO2, а вот добыть  чистый силициум (кремний) из этого соединения сложно, даже проблематично. Здесь имеют место стоимостные факторы, особенности технологий. Интересно отметить, что себестоимость чистого «солнечного» кремния равна себестоимости урана для АЭС, вот только запасов кремния на нашей планете в 100 тысяч раз больше.

 

Достоинства использования солнечных батарей. 
 

1. Общедоступность. 
2. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата. 
3. Солнечные батареи бесшумны.

 

 

 

Недостатки использования солнечных панелей. 

1.Зависимость от погоды и времени суток. 
2. Как следствие необходимость аккумуляции энергии. 
3. Высокая стоимость конструкции. 
4. Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности от пыли. 
5. Нагрев атмосферы над электростанцией.

 

Вывод.

 

К сожалению, данная энергетика не идеальна. В ней свои большие плюсы и минусы, и ученые уже давно работают над улучшением производства и работы самих панелей. Так же их изготовление стоит немалых денег.  В данный момент ученые стараются снизить затраты на производство.

 

 

Ссылки на источники информации. 
 
http://bibliofond.ru/typework.aspx?id=3  
 
https://ru.wikipedia.org/  
 
http://www.solarbat.info/  
 
https://www.google.ru