Фототермические и фотоэлектрические преобразователи света

Новая энергетика - Солнечная энергетика

фототермические и фотоэлектрические преобразователи света

Существуют два основных способа преобразования солнечной энергии: фототермический и фотоэлектрический. В первом, простейшем, теплоноситель (чаще всего вода) нагревается в коллекторе (системе светопоглощающих труб) до высокой температуры и используется для отопления помещений. Коллектор устанавливают на крыше здания так, чтобы его освещенность в течение дня была наибольшей. Часть тепловой энергии аккумулируется: краткосрочно (на несколько дней) - тепловыми аккумуляторами, долгосрочно (на зимний период) - химическими.Солнечный коллектор простой конструкции площадью 1 м2 за день может нагреть 50-70 л воды до температуры 80-90°С. Использованиесолнечных коллекторов позволяет снабжать горячей водой многие дома в южных районах.

И все же будущее солнечной энергетики - за прямым преобразованием солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов - солнечных батарей. Еще в 30-х годах прошлого века, когда кпд первых фотоэлементов едва доходил до 1%, об этом говорил основатель Физико-технического института (ФТИ) академик А. Ф. Иоффе. Предвидение ученого воплотилось в жизнь в конце 1950-х годов с запуском искусственных спутников Земли, главным энергетическим источником которых стали панели солнечных батарей. Сейчас во всех странах мира идет активная продажа солнечных батарей.

В фотоэлектрических преобразователях солнечной энергии используется кремний с добавками других элементов, образующих структуру с р-n-переходом. Схема работы полупроводникового кремниевого фотоэлемента достаточно проста: в р-слое полупроводника создается дырочная (положительная) проводимость, а в n-слое - электронная (отрицательная). На границе слоев возникает потенциальный барьер, препятствующий перемещению носителей (электронов и дырок ) из одного слоя в другой (в таком стационарном состоянии ток не течет по всему полупроводнику). Когда же на фотоэлемент падает свет (поток фотонов), фотоны, поглощаясь, создают пары электрон- дырка , которые, подходя к границе слоев, понижают потенциальный барьер, давая возможность носителям беспрепятственно проходить из слоя в слой. В полупроводнике возникает наведенная электродвижущая сила (ЭДС), и он становится источником электрического тока. Величина фото-ЭДС будет тем больше, чем интенсивнее световой поток.

Эффективность современных кремниевых (а также на основе арсенида галлия) фотоэлементов достаточно высока (их кпд достигает 10-20%), а чем выше кпд, тем меньше требуемая площадь солнечных батарей, которая даже в малой энергетике составляет десятки квадратных метров. Большим достижением полупроводниковой промышленности стала разработка кремниевых фотоэлементов, обладающих кпд до 40%. Последнее важное направление в развитии солнечной энергетики - создание более дешевых и удобных фотопреобразователей: ленточных поликристаллических кремниевых панелей, тонких пленок аморфного кремния, а также других полупроводниковых материалов. Самым высокоэффективным из них оказался алюминий-галлий - мышьяк, его промышленная разработка только начинается. Большую перспективу открывают гетероструктурные полупроводники, эффективность которых в два раза выше, чем простых кремниевых образцов. За открытие гетероструктур и их внедрение продолжатель работ А. Ф. Иоффе директор ФТИ академик Ж. И. Алферов получил в 2000 году Нобелевскую премию (см. Наука и жизнь № 4, 2001 г.). Таким образом, признанные во всем мире отечественные полупроводники - это та база, на основе которой можно успешно развивать солнечную энергетику.




Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Каталог энергетических компаний:

Каневская ГЭС

News image

Каневкая ГЭС (укр. Канівська ГЕС) — вторая ступень каскада гидроэлектростанций на территории Украины, в г.Каневе, Черкасская обл...

Открытое акционерное общество Добротворская ТЭС-2

News image

Адрес: с. Добротвор, Камянка-Бугский р-н, Львовская обл., 80411, Украина Телефон: +38(03254) 3-17-32 Председатель ...

Нововоронежская АЭС

News image

Нововоро нежская АЭС — атомная электростанция, расположена в Воронежской области рядом с городом Нововоронеж. Является филиалом ...

Энергоатом

News image

Общие сведения. 17 октября 1996 года постановлением Кабмина Украины было создано государственное предприятие Национальная атомн...

Волжская ГЭС

News image

Во лжская гидроэлектроста нция (Сталинградская/Волгоградская ГЭС, им. XXII съезда КПСС) — ГЭС на реке Волге в Волгоградской обла...

Открытое акционерное общество Теплоэнергомонтаж

News image

Адрес: просп. Ленина, 30, г. Харьков, 61166, Украина Телефон: +38(057) 702-02-52, 702-19-81 Веб-сайт: http://ww...

Авторизация

Login Register