Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки




НазваниеПредпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки
Дата конвертации07.05.2013
Размер55.2 Kb.
ТипДокументы
Тема 1. Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки.


Мы можем использовать энергию солнца для разных целей. Одна из них - это выработка электрической энергии. При использовании солнечных батарей энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую. Этот процесс называется фотоэлектрический эффект (сокращенно ФЭ).

Солнечная батарея — бытовой термин, используемый в разговорной речи или ненаучной прессе. Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество.


Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей

Истории развития технологии:

  • 1839 - открытие фотогальванического эффекта;

  • 1921 - объяснение эффекта Эйншейном (Нобелевская премия по физике 1922 год);

  • 1954 - первая кремниевая солнечная батарея (Bell Laboratories, USA);

  • 1966 - первая тонкослойная CdS/Cu2O солнечная батарея;

  • 1974 - первая аморфная кремниевая батарея;

  • 1983 - первая электростанция на основе солнечных батарей с мощностью более 1мегаватт;

  • 1984 - США, электростанция на основе солнечных батарей мощностью 6,5 мегаватт;

  • 1985 - первая солнечная батарея с коэффициентом полезного действия больше 20%;

  • 1987 - первое серийное производство солнечных батарей в Европе;

  • 1989 - солнечная батарея с коэффициентом полезного действия больше 30%.



Начальной точкой развития солнечных батарей является 1839 год, когда был открыт фотогальванический эффект. Это открытие было сделано Александром Эдмоном Беккерелем.

Следующим этапом в истории солнечных батарей стала деятельность Чарльза Фриттса. Через сорок четыре года после открытия Беккереля, в 1883 году, Фриттс сконструировал первый модуль с использованием солнечной энергии.

Основой изобретения послужил селен, покрытый тонким слоем золота. Исследователь пришёл к выводу, что данное сочетание элементов позволяет, пусть в минимальной степени (не более одного процента), преобразовывать солнечную энергию в электричество.

Разумеется, до создания современных солнечных батарей было ещё далеко. В течение последующих десятилетий это направление научных исследований развивалось нестабильно.

Периоды интенсивной деятельности сменялись резкими спадами. Многие склонны считать, что история солнечных батарей ведёт своё начало с деятельности Альберта Эйнштейна.

В частности, великий учёный получил в 1922 году Нобелевскую премию именно за изучение особенностей внешнего фотоэффекта, а не за обоснование знаменитой теории относительности.

В 30-ых годах советские физики получили электрический ток, используя фотоэффект. Разумеется, КПД тогда не впечатлял. Он не превышал один процент, но и это являлось серьёзным научным шагом.

Уже в 1954 году группа американских учёных добилась КПД, достигающего шести процентов. В этом году свет увидела первая кремниевая солнечная батарея.

В 1958 году солнечная батарея стала основным источником получения электроэнергии на космических аппаратах, как на советских, так и на американских. Но приборы продолжали совершенствовать.

В семидесятых годах КПД составлял десять процентов. Такие показатели были вполне приемлемыми для использования альтернативных устройств получения энергии на космических аппаратах, но использовать солнечные батареи на Земле пока не имело смысла. Да и стоили солнечные батареи весьма дорого.

Это объяснялось дороговизной материала. Например, цена одного килограмма кремния составляла около ста долларов. Только в девяностых годах наметились определённые позитивные сдвиги в развитии альтернативных источников энергии и солнечных батарей в частности.

Так, событием в мире науки стал успех американских учёных. Им удалось существенно повысить эффективность солнечных батарей, создав, особый, цветосенсибилизированный тип (Ячейка Гретцеля). В их основе – применение фотосенсибилизированных мезопористых оксидных проводников.

Такие усовершенствованные батареи выгодно отличаются от своих предшественников. Они более экономичны, производить их проще и дешевле. Их массовому распространению мешает только один фактор: низкий уровень эффективности преобразования.

Успешное и стабильное производство было налажено только в конце восьмидесятых. В 1989 году учёные создали устройство, способное работать с КПД более 30 процентов.

Современные солнечные батареи, производимые в промышленных масштабах, имеют КПД около 20 процентов, а новейшие образцы – до 50 процентов. Благодаря удешевлению, расширяется и сфера применения солнечной энергии.


Применение

Использование солнечного электричества имеет много преимуществ. Это чистый, тихий и надежный источник энергии.

В первую очередь, батареи используются в космосе, на всех видах орбитальных аппаратов. Правда, есть определённые ограничения, связанные с расстоянием до Солнца: при удалении от Земли эффективность солнечных батарей снижается, но зато при приближении – напротив, увеличивается.

Также энергия солнца находит применение в электронике. Самый успешный опыт – микрокалькуляторы с солнечными батареями, которые на элементе площадью 1 кв. см могут работать практически вечно. Ещё из распространённых устройств можно назвать садовые фонарики с фотоэлементами, которые днём накапливают энергию в аккумуляторах, а ночью автоматически включаются и светят до самого утра.

Более масштабное применение солнечных батарей, особенно в комплексе с ветрогенератором – для энергообеспечения жилых домов и промышленных зданий. Особенно эффективно это в тропическом и субтропическом поясе, где в году много солнечных дней (например, европейские средиземноморские страны). Солнечные батареи традиционно помещают на крышах домов, так они используют максимум возможностей. А последние технологии позволили создать оконное и потолочное стекло с фотоэффектом, что существенно повышает эффективность любого здания.

Автономные фотоэлектрические системы (АФС) используются там, где нет сетей централизованного электроснабжения. Для обеспечения энергией в темное время суток или в периоды без яркого солнечного света необходима аккумуляторная батарея. АФС часто используются для электроснабжения отдельных домов. Малые системы позволяют питать базовую нагрузку (освещение и иногда телевизор или радио). Более мощные системы могут также питать водяной насос, радиостанцию, холодильник, электроинструмент и т.п. Система состоит из солнечной панели, контроллера, аккумуляторной батареи, кабелей, электрической нагрузки и поддерживающей структуры.


автономная фотоэлектрическая система

1 – солнечные панели, 3 – АБ, 2 – контроллер, 4 – нагрузка

Наконец, солнечные батареи устанавливаются на электромобилях, количество которых с каждым годом возрастает. Конечно, энергии их не хватает для полноценной работы транспорта, но в качестве подпитки аккумулятора энергия солнца вполне годится.


Достоинства и недостатки солнечных батарей

Достоинства

  • Общедоступность и неисчерпаемость источника.

  • Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки

  • Зависимость от погоды и времени суток.

  • Как следствие необходимость аккумуляции энергии.

  • Высокая стоимость конструкции.

  • Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли.

  • Нагрев атмосферы над электростанцией.



Несмотря на успехи, достигнутые в области солнечной энергетики, получаемое электричество остаётся очень дорогим по сравнению с добытым при помощи урана, угля, и даже других альтернативных источников (ветер, вода). За год во всём мире солнечные батареи вырабатывают около 2500 МВт энергии, что эквивалентно двум блокам обычной атомной станции.


Использованные источники:

  1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_батарея

  2. http://vasheslovo.com/building/electrical-equipment/10598.html

  3. http://sunbattery.net/story.php

  4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Ячейка_Гретцеля

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки iconТема Сущность адвокатуры и ее роль в становлении гражданского общества Исторические предпосылки появления профессиональной адвокатуры в России
Изучая данную тему прежде всего необходимо изучить исторически предпосылки появления профессиональной адвокатуры в России, а также...

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки iconСписок экзаменационных вопросов по дисциплине «Металлические конструкции» для специальности «Экспертиза и управление недвижимостью»
Номенклатура и область применения металлических конструкций. Достоинства и недостатки, требования к мк

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки iconПеречень контрольных вопросов
Достоинства и недостатки металлических конструкций. Области применения и требования, предъявляемые к конструкциям

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки iconГибких оксидных солнечных элементов
На космических аппаратах используются дорогостоящие ячейки из монокристаллического кремния, из 1кв м которого можно произвести более...

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки icon1. предмет и метод исторического исследования. Отечественная история в контексте мировой истории
Экономические и социально-политические предпосылки появления самостоятельных русских княжеств

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки icon1. предмет и метод исторического исследования. Отечественная история в контексте мировой истории
Экономические и социально-политические предпосылки появления самостоятельных русских княжеств

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки iconКонтрольные вопросы по курсу "Конструкции из дерева и пластмасс" для студентов заочного отделения специальности 290300
Современное состояние и перспективы применения деревянных конструкций (ДК) в строительстве. Достоинства и недостатки клееных деревянных...

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки iconМоделирование солнечных батарей На основе различных полупроводников
Специальность 05. 27. 01 – «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых...

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки iconСоциология курсовая работа «Специфика интервью как особой формы социологического опроса, его достоинства и недостатки»
«Специфика интервью как особой формы социологического опроса, его достоинства и недостатки»

Предпосылки появления, история развития и область применения солнечных батарей. Достоинства и недостатки iconОсобенности национального рэкета: история и современность
России еще в xvi—xvii вв. В статье рассматриваются различные нелегальные и легальные (но не государственные) системы защиты прав...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница