солнечные батареи

Управление образования и науки Белоцерковского городского совета

Белоцерковский коллегиум Белоцерковского городского совета Киевской области

секция физики

солнечные батареи

работу выполнил

Гордиенко Богдан Юрьевич

ученик 21 группы

Белоцерковского коллегиума

научный руководитель

Тимошенко Юрий Иванович

учитель физики

Белоцерковского коллегиума

Белая Церковь 2010г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Общие сведения

1.1 Использование солнечной энергии

2. Явление фотоэффекта и фотоэлементы

2.1Фотоефект

2.2 Практическое применение фотоэффекта. фотоэлементы

3. Солнечные батареи

3.1 Принцип работы солнечной батареи

3.2 Солнечные модули

3.3 Использование солнечных батарей

3.4 ситуация в Украине

3.5 преимущества использование солнечных батарей

вывод

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

эта работа анализирует способы добычи альтернативных источников электроэнергии, которые становятся все более актуальными и доступными в бытовом и промышленном использовании. Так как в недалеком будущем будет довольно трудно удовлетворять потребности человечества за счет невозобновляемых источников энергии, поэтому человечество все больше обращает внимание на альтернативную энергетику, одним из самых перспективных направлений которой является солнечная энергетика , Поэтому эта научно-исследовательская работа посвящается именно этой теме.

Цель работы. - ознакомиться с перспективной технологией производства энергии, выяснить их преимущества и недостатки; выяснить роль и место солнечной энергетики и перспективы ее развития в мире и в Украине; изучить устройство и принцип действия солнечных элементов; рассмотреть их возможное применение в современном быту и промышленности.

материалы и методы исследования . Путем обработки различных источников (научная литература и интернет-статьи) мы исследовали принцип действия фотоэффекта, проследили историю развития солнечных элементов, рассмотрели преимущества и недостатки использования солнечных батарей в быту и промышленности.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Использование солнечной энергии

Еще в древности Люди начали задумываться о возможности применения солнечной энергии. Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжег вражеский флот, окружил его родной город Сиракузы, с помощью системы зеркал. Доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией . Древние жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль, испаряя морскую воду. Настоящий "солнечный бум" начался в XVIII веке, когда наука , Освобожденная от пут религиозных суеверий, пошла вперед семимильными шагами. Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало , Которое фокусировало в одной точке отражено солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро зажечь сухой дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода , Налитая в нехитрое приспособление, нагревалась солнцем до 88 ° С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло , Что расплавляли чугун за три секунды и гранит - за минуту.

Первые солнечные батареи, превращающие солнечную энергию в механическую, были построены опять-таки во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О.Мушо демонстрировал инсолятор - аппарат, который с помощью зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатала по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил (Приложение А).

Впервые намек на связь электричества и света прозвучал в трудах великого шотландца Джеймса Клерка Максвелла. Экспериментально эта связь была доказана в опытах Генриха Герца, который в 1886-1889 годах показал, что электромагнитные волны ведут себя точно так же, как и световые - так же прямолинейно распространяются, образуя тени. Ему удалось даже сделать гигантскую призму из двух тонн асфальта, которая преломляли электромагнитные волны, как стеклянная призма - световые. Но еще десятью годами ранее Герц неожиданно для себя заметил, что разряд между двумя электродами, происходит гораздо легче, если эти электроды осветить ультрафиолетовым светом .

Эти опыты заинтересовали профессора физики Московского университета Александра Григорьевича Столетова. В феврале 1888 года он он приступил к серии опытов, направленных на изучение тайного явления. Решающий опыт, доказывающий наличие фотоэффекта - возникновение электрического тока под воздействием света, - был проведен 26 февраля. В экспериментальной установке Столетова поток электрический ток , Рожденный световым лучом. Фактически заработал первый фотоэлемент, который впоследствии нашел многочисленные применения в самых различных областях техники.

В начале XX века Альберт Эйнштейн создал теорию фотоэффекта, и в руках исследователей появились, казалось бы, все инструменты для овладения этим источником энергии. были созданы фотоэлементы на основе селена, потом - талии. Но они обладали очень малым коэффициентом полезного действия и нашли употребление только в устройствах управления , Подобных привычным турникетам в метро , В которых луч света преграждает дорогу безбилетников.

Следующий шаг был сделан, когда учеными были подробно изучены открытые еще в 70-х годах прошлого века фотоэлектрические свойства полупроводников . Оказалось, что полупроводники гораздо эффективнее металлы преобразуют солнечный свет в электрическую энергию.

Академик Абрам Федорович Иоффе мечтал о применении полупроводников в солнечной энергетике еще в 30-го года, когда сотрудники руководимого им Физико-технического института АН СССР в Ленинграде Б.Т.Коломиець и Ю.П.Маслаковець создали медно-талия фотоэлементы с рекордным по тому времени коэффициентом полезного действия - 1%! Следующим шагом в этом направлении поиска было создание кремниевых фотоэлементов . Уже первые образцы обладали коэффициент полезного действия 6%. Используя такие элементы, можно было подумать и о практическом получения электрической энергии из солнечного света.

2. Явление фотоэффекта и фотоэлементы

2.1 Фотоэффект

В 1887 году Г. Герц наблюдал явление, которое впоследствии стало толчком в развитии квантовых представлений о природе света. Во время облучения ультрафиолетовым светом отрицательно заряженной пластинки происходил сильный электрический разряд, чем при отсутствии такого облучения. Как выяснилось позже, это было проявлением явления фотоэффекта - выхода электронов из тела в другую среду или вакуум под действием электромагнитного излучения . Этот вид фотоэффекта называют внешним, или фотоэлектронной эмиссией (Рис.1.).

Рис 3. Иллюстрация выбивания фотоэлектронов с металлической пластины.

Фотоэффект является результатом трех последовательных процессов : Поглощение фотона, в результате чего энергия одного электрона становится больше средней; движения этого электрона к поверхности тела выхода его на пределы тела в другую среду через поверхность раздела.

В 1888-1889 г.. Это явление подробно изучал русский ученый А. Г. Столетов (1839- 1896). он изготовил конденсатор , Одна из обкладок которого С была сетчатой, и включил его в электрическое круг с гальванометром (Приложение Б).

Когда на отрицательно заряженную цинковую обкладку Р падает ультрафиолетовый свет, в кругу возникает ток, который фиксирует гальванометр. Если источник тока Е включить противоположно (обкладку Р присоединить к положительному полюсу), то ток в цепи не будет идти. С помощью потенциометра R напряжение на конденсаторе можно менять.

Изучив с помощью такой установки зависимость силы тока от частоты волны света, его интенсивности, других характеристик излучения, А. Г. Столетов установил три закона фотоэффекта:

1. число электронов, вылетающих с поверхности тела под действием электромагнитного излучения , Пропорциональное его интенсивности. В 1888 немецкий физик В.Гальвакс установил , Что под действием света металлическая пластинка заряжается положительно

2) для каждого вещества в зависимости от ее температуры и состояния поверхности существует минимальная частота света VQ, при которой еще возможен внешний фотоэффект ;

3) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов зависит от частоты облучения и не зависит от его интенсивности.

При объяснении этих выводов на основе волновой теории возникли противоречия между ее положениями и полученными результатами. Это заставило ученых искать другое толкование механизма поглощения светового излучения. С этой целью А.Эйнштейн применил квантовые представления о природе света и на их основе вывел уравнение фотоэффекта.

где ν - частота света, h - постоянная Планка, m - масса электрона, v - его скорость, A - работа выхода.

Это соотношение называют уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. За объяснение законов внешнего фотоэффекта Эйнштейн в 1922 был удостоен Нобелевской премии.

Как известно, для того чтобы электрон покинул твердое тело или жидкость, он должен выполнить работу выхода A0, то есть преодолеть энергетический барьер взаимодействия с атомами и молекулами, которые удерживают его внутри тела. По квантовой теории поглощения света, это передача фотоном всей своей энергии микрочастицам вещества. Итак, фотоэффект может произойти только при условии, что фотон имеет энергию превышающую работу выхода (hv> A0) если же hv <А0, то фотоэффект невозможен. Если энергия фотона, передана электрону вследствие поглощения света, больше работу выхода, то электрон приобретает кинетической энергии.

Минимальную частоту v0 (или максимальную длину волны 0) излучения, которое еще вызывает внешний фотоэффект, называют красной чертой фотоэффекта

Фотоэлектроны - это электроны, выбитые с поверхности тела в результате фотоэффекта

Физический смысл работы выхода в металлов заключается в том, что это минимальная энергия, необходимая для выхода электрона из тела в вакуум. Поэтому, кроме химической природы металла, она существенно зависит от состояния поверхности тела

2.2 Практическое применение фотоэффекта. фотоэлементы

Явление фотоэффекта практически было применено в устройствах для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию, которые называются фотоэлементами (С английского Photovoltaics, от греческого photos - свет и названия единицы электродвижущей силы - вольт) (Приложение В). История фотоэлементов берет начало в 1839 году, когда французский физик Эдмон Беккерель открыл фотогальванический эффект. За этим последовали дальнейшие открытия:

В 1883 г.. Электрик из Нью-Йорка Чарльз Фриттс изготовил фотоэлементы из селена, которые преобразуют свет в видимом спектре в электричество и имеют КПД 1-2%. (Светочувствительные элементы для фотоаппаратов до сих пор делают из селена).

В начале 50-х годов ХХ века был изобретен метод Чохральского, который применяется для выращивания кристаллического кремния.

первая солнечная батарея была создана в 1953 году учеными Национального аэрокосмического агентства США, которые создали настоящую солнечную батарею - устройство, непосредственно преобразует энергию солнца в электричество.

Сначала это была просто демонстрационная модель. Какого практического применения тогда не предполагалось из-за очень малой мощности первых солнечных батарей.

Но появились они очень вовремя, для них вскоре нашлось ответственное задание.

Человечество готовилось шагнуть в космос . Задача обеспечения энергией многочисленных механизмов и приборов космических кораблей стала одной из первоочередных. Существующие аккумуляторы, в которых можно было бы впасть электрическую энергию, неприемлемо громоздки и тяжелы. Очень большая часть полезной нагрузки корабля ушла бы на перевозку источников энергии, которые, кроме того, постепенно тратясь, скоро превратились бы в бесполезный громоздкий балласт. Самым заманчивым было бы мама на борту космического корабля собственную электростанцию, желательно - обходится без топлива. С этой точки зрения солнечная батарея оказалась очень удобным устройством. На это устройство и обратили внимание ученые в самом начале космической эры.

Уже третий советский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту 15 мая 1958, был оснащен солнечной батареей. А сейчас широко раскрыты крылья , На которых размещены цели солнечные электростанции, стали неотъемлемой деталью конструкции любого космического аппарата. Небольшие (менее 1 ватта) фотоэлектрические батареи питали радиопередатчик американского космического спутника «Авангард». Вообще, космические исследования сыграли важную роль в развитии фотоэлементов.

В 1954 г.. В лаборатории компании «Bell Telephone» синтезировали силиконовый фотоэлектрический элемент с КПД 4%, в дальнейшем эффективность достигла 11%.

Во время нефтяного кризиса 1973-74 гг. Сразу несколько стран запустили программы по использованию фотоэлементов, что привело к установке и испытания более 3100 фотоэлектрических систем только в Соединенных Штатах. Многие из них до сих пор находится в эксплуатации.

дальнейшая история развития технологии фотоэлементов:

1974 - первая аморфная кремниевая батарея;

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

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

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

1987 - первое серийное производство солнечных батарей в Европе,

1989 - солнечная батарея с коэффициентом полезного действия более 30%;

2007 - исследователи из Делавэра (США) создали солнечную батарею, которая обладает рекордной эффективностью - 42,8%. Батарея, выполненная на основе поликристаллического кремния содержит уникальную оптическую систему, разделяет свет на несколько пучков с разной энергией и направляет их на соответствующие приемнике.

3. Солнечные батареи

3.1 Принцип работы солнечной батареи

Полупроводниковые фотоэлектрические элементы, работающие на принципе преобразования световой энергии солнечного излучения непосредственно в электричество называют солнечными батареями.

Рис. 2. Схема работы кремниевой солнечной батареи:

1 - чистый монокристаллический кремний ; 2 - «загрязнен» кремний; 3 - аккумулятор

Тонкая пластина состоит из двух слоев кремния с различными физическими свойствами. Внутренний слой представляет собой чистый монокристаллический кремний. Внешне он покрыт очень тонким слоем «загрязненного» кремния, например с примесью фосфора . После облучения такой «вафли» солнечными лучами между слоями возникает поток электронов и образуется разность потенциалов, а во внешней цепи, соединяющей слои, появляется электрический ток.

При этом генерируется постоянный ток. Энергия может использоваться как напрямую различными нагрузками постоянного тока, запасаться в аккумуляторных батареях для дальнейшего использования или покрытия пиковой нагрузки, а также превращаться в переменный ток напряжением 220 В для питания различной нагрузки переменного тока.

Применение солнечных батарей становится эффективным при объединении их в единую систему с такими устройствами, как аккумуляторы, контроллеры , Инвертирование.

3.2 Солнечные модули

Солнечный модуль - это батарея взаимосвязанных солнечных элементов, заключенных под стеклянной крышкой. Фотоэлектрическую систему можно довести до любого размера. Владелец такой системы может увеличить или уменьшить ее, если изменится его потребность в электроэнергии. По мере роста энергопотребления и финансовых возможностей, домовладелец может добавлять модули (Приложение Г). Чем интенсивнее свет, падающий на фотоэлементы и чем больше их площадь, тем больше вырабатывается электричества и тем больше сила тока. Модули классифицируются по пиковой мощности в ваттах (ПТП). Ватт - единица измерения мощности. Один пиковый ватт - техническая характеристика, которая указывает на значение мощности установки в определенных условиях, то есть когда солнечное излучение в 1 кВт / м2 падает на элемент при температуре 25 оC. Такая интенсивность достигается при хороших погодных условиях и Солнца в зените. Чтобы выработать один пиковый ватт, нужен один элемент размером 10 x 10 см. Более крупные модули, площадью 1 м x 40 см, производят около 40-50 ПТП. Однако солнечная освещенность редко достигает величины 1 кВт / м2. Более того, на солнце модуль нагревается значительно выше номинальной температуры. Оба эти фактора снижают производительность модуля. В типичных условиях средняя производительность составляет около 6 Вт · ч в день и 2000 Вт · ч в год на 1 ВТП. 5 ватт-час - это количество энергии, потребляемое лампочкой 50-ваттный течение 6 минут (50 Вт x 0,1 ч = 5 Вт · ч) или портативным радиоприемником в течение часа (5 Вт x 1 ч = 5 Вт · ч).

хотя качество продукции не всегда одинакова, большинство международных компаний проводит достаточно надежные фотоэлектрические модули с сроком эксплуатации до 20 лет. На сегодняшний день производители модулей гарантируют указанную мощность на период до 10 лет

3.3 Использование солнечных батарей

Технологии использования солнечной энергии активно развиваются во многих странах мира. Некоторые из них уже достигли коммерческой зрелости, успешно конкурируют на рынке энергетических услуг и даже вошли в повседневную потребления.

В Германии, например, в рамках проекта «Тысяча крыш» 2250 домов были оборудованы фотоэлектрическими солнечными батареями. В США была принята еще более масштабная программа «Миллион солнечных крыш», которая рассчитана на период до 2010 года и составила 6300000000 долларов бюджетных вложений.

Установленная мощность солнечных фотоэлектрическим преобразователей в мире превосходит 1 ГВт, причем на долю Японии приходится 50%. Украина, к сожалению, намного отстает по уровню употребления этих источников энергии, хотя по праву может считаться одним из родоначальников этого направления. Многие космических аппаратов оборудованы солнечными панелями, разработанными и выпущенными в Киеве.

В Каракумах для сварки конструкций фермы применили разработанный туркменскими специалистами аппарат, использующий энергию солнца. Вместо того, чтобы привозить с собой громоздкие баллоны со сжатым газом, сварщики могут использовать небольшой аккуратный чемоданчик, куда помещена солнечная батарея. Рожденный солнцем постоянный электрический ток используется для химического разложения воды на водород и кислород, которые подаются в горелку газосварочного аппарата. вода и солнце в Каракумах есть у любого колодца, так что громоздкие баллоны, которые нелегко возить по пустыне Стали ненужными.

Большая солнечная электростанция мощностью около 300 киловатт создается в аэропорта города Феникс в американском штате Аризона. Солнечную энергию в электричество превращать солнечная батарея, состоящая из 7200 солнечных элементов. В том же Штатах действует одна из крупнейших в мире ирригационных систем, насосы которой используют энергию солнца, преобразованную в электричество фотоэлементами. В Нигере, малые и Сенегале тоже действуют солнечные насосы. Огромные солнечные батареи питают электроэнергией моторы насосов, которые поднимают пресную воду, необходимую в этих пустынных местностях, из огромного подземного моря, расположенного под песками.

Солнечные батареи постепенно входят в наш быт. Уже никого не удивляют микрокалькуляторы, работающие без батарей. Источником питания для них служит небольшая солнечная батарея, встроенная в крышку прибора. заменяют другие источники питания миниатюрной солнечной батареей и в электронном часах, радиоприемниках и магнитофонах, садовых фонарях . Появились солнечные радиотелефоны-автоматы вдоль дорог в пустыне Сахара. Перуанский город Тирунтам стало обладателем целой радиотелефонной сети , что работает от солнечных батарей. Японские специалисты сконструировали солнечную батарею, которая по размерам и форме напоминает обычную черепицу. Если такой солнечной черепицей покрыть дом , То электроэнергии хватит для удовлетворения потребностей его жителей. Правда, пока неясно, как они будут обходиться в периоды снегопадов, дождей и туманов? Без традиционной электропроводки обойтись, видимо, не удастся.

Конкуренции солнечным батареям не имеет там, где солнечных дней много, а других источники энергии не используются. Например, связисты с Казахстана установили между Алма-Атой и городом Шевченко на Мангышлаке две радиорелейные станции ретрансляцио для передачи телепередач.Але не использовать в же для их питания линию электропередачи. Помогли солнечные батареи, которые дают в солнечные дни, а их на Мангышлаке много - вполне достаточно энергии для питания приемника и передатчика.

Хорошим сторожем для животных, пасущихся служит тонкая проволока, по которому пропущен слабый электрический ток. Но пастбища обычно расположены вдали линий электропередач. выход предложили французские инженеры. Они разработали автономную изгородь, которую питает солнечная батарея. Солнечная панель весом всего полтора килограмма дает энергию электронному генератору, который посылает в подобный забор импульсы тока высокого напряжения, безопасные, но достаточно чувствительны для животных. Одной такой батареи хватает, чтобы построить забор длиной 50 километров.

Мексиканские конструкторы разработали электромобиль, энергию для двигателя которого доставляют солнечные батареи. по их расчетах При поездках на небольшие расстояния этот электромобиль сможет развивать скорость до 40 километров в час. Мировой рекорд скорости для солнцемобиль - 50 километров в час - рассчитывают установить конструкторы из ФРГ.

А вот австралийский инженер Ганс Толструп назвал свой солнцемобиль «Тише едешь - дальше будешь». Конструкция его предельно проста: трубчатая стальная рама, на которой укреплены колеса и тормоза от гоночного велосипеда . Корпус машины сделан из стеклопластика и напоминает собой обычную ванну с небольшими окошками. Сверху все это сооружение накрыта плоской крышей, на котором закреплено 720 кремниевых фотоэлементов. Ток от них поступает в электромотор мощностью в 0,7 киловатта. Путешественники (а кроме конструктора, в пробеге участвовал инженер и автогонщик Ларри Перкинс) поставили своей задачей пересечь Австралию от Индийского океана до Тихого (это 4130 километров!) Не более чем за 20 дней. На начале 1983 году необычные экипаж стартовал из города Перт, чтобы финишировать в Сиднее. Несмотря на трудности, солнцемобиль неуклонно продвигался к цели, находясь в пути 11:00 ежедневно. Средняя скорость машины составила 25 километров в час.

Двумя годами позже в швейцарских Альпах произошло необычное авторалли.

На старт вышли 58 автомобилей, двигатели которых приводились в движение энергией, полученной от солнечных батарей. За пять дней экипажам самых причудливых конструкций предстояло преодолеть 368 километров по горным альпийским трассам - от Боденского до Женевского озера. Лучший результат показал солнцемобиль «Солнечная серебряная стрела», построенный совместно западногерманской фирмой «Мерседес-Бенц» и швейцарской «Альфа-Реал». С виду автомобиль-победитель больше напоминает большого жука с широкими крыльями. В этих крыльях расположены 432 солнечные элементы, которые питают энергией серебряно-цинковую аккумуляторную батарею. От этой батареи энергия поступает к двум электродвигателей , Вращающие колеса автомобиля. Но так происходит только в пасмурную погоду или во время движения в тоннеле. Когда светит солнце , Ток от солнечных элементов поступает прямо к электродвигателям. Иногда скорость победителя достигала 80 километров в час.

Японский моряк Кэнити Хориэ стал первым человеком, в одиночку пересекла тихий океан на судне с солнечной энергетической установкой. Других источников энергии на лодке не было. Солнце помогло отважному мореплавателю преодолеть 6000 километров от Гавайских островов до Японии.

Достаточно интересным примером использования технологии фотогальванического эффекта является использование солнечных батарей как основного источника энергии в нескольких авиа-проектах. Первым из них стал проект Pathfinder. Этот самолет, использующий в качестве приводные механизмы электрические двигатели, питаемые от солнечных батарей, был разработан еще в начале 1980 года в рамках секретной программы в США. Однако в те годы уровень развития техники был еще не настолько высок, чтобы обеспечить непрерывный полет аппарата в течение нескольких суток - потому разработки были заморожены. Только в 1994 году программа была восстановлена ​​при участии NASA в рамках проекта ERAST (Environmental Research Aircraft and Sensor Technology). Самолет имеет следующие технические характеристики: размах крыльев - 29,5м, длина - 3,6 м, масса - 252 кг, полезная нагрузка - 45кг, скорость 27-32 км / ч, номинальная мощность солнечных батарей - 7,5kW. Позже велась разработка подобных проектов: Centurion, Icare II, Helios. Последний уже характеризуется мощностью установленных батарей 20кВатт и развивает скорость от 30 до 50 км / ч.

В Швейцарии в среду, 7 апреля 2010 года, состоялся первый длительный полет самолета Solar Impulse, двигатели которого работают исключительно на солнечной энергии. Самолет, управляемый опытным летчиком Маркусом Шерделем, взлетел в среду в 10:32 по местному времени (11:32 по Киеву) с военного аэродрома в районе города Пайерн и полетел в сторону города Гранкур, сообщает швейцарская газета 24 Heures. Solar Impulse находился в воздухе около полутора часов.

Конструктор самолета Бертран Пикар наблюдал за полетом с борта одного из вертолетов, которые сопровождали Solar Impulse. В 11:45 (12:45 по Киеву) самолет без происшествий приземлился на том же аэродроме, откуда взлетел.

Размах крыла летательного аппарата составляет 63,4 метра, вес - всего 1,6 тонны. По его крыльях находятся около 12 000 фотогальванических элементов, которые снабжают солнечной энергией четыре электромотора мощностью 10 лошадиных сил. Созданный конструктором Пикаром и инженером Андре Боршбергом, самолет был впервые представлен публике в конце июня 2009 года. В 2012 году создатели аппарата планируют отправить его в кругосветного полета, разделенного на пять этапов [16].

Англичанин Алан Фридман сконструировал велосипед без педалей. Он приводится в движение электричеством Поступающей из аккумуляторов, заряжаемых установленной на руле солнечной батареей. Запасенной в аккумуляторе «солнечной» электроэнергии хватает на то, чтобы проехать около 50 километров со скоростью 25 километров в час.

Солнечные батареи использовались в космической отрасли на космической станции «Салют-7».

3.4 Ситуация в Украине

Развитие альтернативных источников энергии в Украине, как уже было описано в предыдущих статьях, находится в зачаточном состоянии, однако, как и в ситуации с ветроэнергетикой, мы имеем неплохой потенциал для развития солнечной энергетики. Сегодня в стране налажено собственное производство высокоэффективных кремниевых солнечных батарей с КПД до 20%. А необходимые для комплектации систем электроснабжения системы управления, аккумуляторные батареи и инверторы, преобразующие постоянный электрический ток в переменный, производятся в соседней России. Хотя 90% комплектующих к солнечным батареям сегодня экспортируется за рубеж, наличие высокотехнологичного производства позволяет говорить о возможности производства солнечных батарей собственного производства, что значительно удешевит их конечную стоимость. Тем более, что своеобразный «фундамент» в развитие альтернативных источников энергии уже заложен Верховной Радой. В начале 2009 года экс президентом Украина Виктором Ющенко был подписан Закон о стимулировании использование альтернативных источников энергии . закон устанавливает специальный коэффициент «зеленого» тарифа для электроэнергии с использованием различных альтернативных источников энергии, на который умножается обычный тариф для потребителей второго класса напряжения. В случае энергии солнечного излучения, соответственно закону, коэффициент имеет три возможных значения: для наземных объектов электроэнергетики - 4,8, установленных на крышах домов, зданий и сооружений с величиной установленной мощности свыше 100 кВт - 4,6, а менее 100 кВт, а также установленных на фасадах любой мощности - 4,4. Закон устанавливает «зеленый» тариф на срок до 1 января 2030 года.

3.5 Преимущества использования солнечных батарей

К преимуществам использования солнечных батарей можно отнести:

1. Автономность.

2. Высокая надежность.

3. Снижение расходов на горячее водоснабжение и отопление до 85% (солнечная энергия бесплатна).

4. Экономия органических видов топлива (мазута, нефти, газа).

5. Сокращение выбросов двуокиси углерода.

6. Общедоступность и неисчерпаемость источника.

7. Отсутствие промежуточных фаз преобразования энергии.

8. Полупроводниковые солнечные батареи имеют очень важную преимущество долговечность. При том, что уход за ними не требует от персонала особенно больших знаний и минимального обслуживания.

9. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды ( экологически чистое Дерели энергии) и человека (техническая безопасность Соответствует всем мировым стандартам).

10. Розповсюдення солнечных установок среди населения и промышленности положительно влияет на энергетическую безопасность Украины.

Недостатками солнечных батарей является перманентная зависимость мощности от местных условий, времени суток и года, относительная дороговизна, маленький коэффициент полезного действия и чувствительность к механическим повреждениям.

Расчеты показывают: чтобы получить большие количества энергии, солнечные батареи должны занимать огромную площадь - тысячи квадратных километров.

Сегодня изготовить такое огромное количество солнечных элементов практически невозможно.

Применяемые в современных фотоэлементах сверхчистые материалы - очень дорогие. Чтобы их изготовить, нужно сложное оборудование, применение особых технологических процессов. экономические и технологические соображения пока не позволяют рассчитывать на получение таким путем значительных количеств электрической энергии. Эта задача остается XXI веку.

В последнее время ученые в области конструирования материалов для полупроводниковых фотоэлементов - провели ряд работ, которые позволили приблизить время создания солнечных электростанций. Коэффициент полезного действия солнечных батарей из новых структур полупроводников материалов достигает уже 30%, а теоретически он может составить и 90%!

Применение таких фотоэлементов позволит в десятки раз сократить площади панелей будущих солнечных электростанций. Их можно сократить еще в сотни раз, если солнечный поток заранее собрать с большой площади, сконцентрировать и только потом подать на солнечную батарею. Так что в XXI веке солнечные электростанции с фотоэлементами могут стать привычным источником энергии. Да и в наши дни уже имеет смысл получать энергию от солнечных батарей в тех местах, где других источников энергии нет.

ВЫВОДЫ

1. Еще в древности люди начали задумываться о возможности применения солнечной энергии.

2. Явление фотоэффекта практически применяется в устройствах для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию.

3. Одним из самых перспективных направлений энергообеспечения на сегодня солнечная энергетика за счет того , Что солнечное излучение поступает в достаточном количестве почти всю вернут Земли.

4. Общим недостатком традиционных электростанций является пагубное влияние на окружающую среду. Альтернативнне источник энергии - солнечные батареи - могут гарантировать определенную экологическую безопасность.

5. Человек может использовать солнечные батареи для обеспечения своих потребностей уже сегодня.

Список литературы

1. Бабиев М., Дероган Д.В., Щекин А.Р. .. Перспективы внедрения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в Украине. «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ Журнал», - Запорожье ОАО "Гамма", 1998 №1, - С.63-64.

2. Воловик П. М .. физика для университетов. - К .; Ирпень: Перун, 2005. - 864 с.

3. Камен Д .. Чистая энергетика // В мире науки - № 1, 2007.

4. Лучков Б .. Солнечный дом - солнечный огород // «Наука и жизнь» - № 2, 2002.

5. Сердюк В. В., Чемересюк Г.Г., Терек М .. Фотоэлектрические процессы в полупроводниках. - Киев - Одесса В. ш., 1982. - 150 с.

6. Пасечкин Л.Л., Попович А.С. "Энергетика: реальность и перспективы", Киев, 1986г.

7. BP Statistical Review of World Energy June 2007

http://www.bp.com/productlanding.do?categoryId=6848&contentId=7033471

1. Экология энергетики. / Под общей редакцией В. Я. Путилова. - М .: Изд-во МЭИ, 2003.

2. Журнал «Пробудитесь» 8.03.05.г. «Доступная ли нам более чистая энергия?».

3. http://www.powerinfo.ru/sun-power.php

4. http://solar.pp.ua/fotoelektrichni-elementy.html

5. http://www.energy-bio.ru/pfoto1.htm

6. www.segodnya.ua/ news / 785269.html

7. http://www.znaj.ru/html/8103_3.html

8. http://itpuls.com/art_el/art_2.html

9. http://news.uaclub.net/14_429665.html

Ссылки (links):