Солнечные батареи

 

Министерство науки и  образования, спорта и молодежи Украины

 

Одесская национальная академия связи им. А. С. Попова

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

На тему: «Солнечные батареи»

 

 

 

Выполнила:

Студентка IV курса

Группы ПЗ-17

Топчук И.А.

 

 

 

 

 

Одесса, 2013

 

Вступление

Солнечная батарея — бытовой термин, использующий в разговорной речи или не научной 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. Хотя, 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 (от гелиос греч. Ήλιος, Helios — солнце). Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы, до занимающих крыши автомобилей и зданий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Солнечные батареи

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

Уже в наши дни солнечные батареи выполняют огромный диапазон работы. С их помощью 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.

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.

 

Преимущества  использования солнечных батарей

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

Необходимый минимум  для того, чтобы сделать батарею своими руками — это несколько метров тонкой трубы (желательно медной тонкостенной — её можно согнуть с минимальным радиусом) и немного чёрной краски, хотя бы битумного лака.

При этом змеевику легко придать форму, максимально  использующую всё выделенное для  коллектора место.

Единственное  важное замечание — необходимо учитывать, что в жаркий солнечный день при  отсутствии разбора вода может перегреться  выше температуры кипения, поэтому в конструкции необходимо принять соответствующие меры предосторожности (если не закрывать трубу стеклом, то перегрева обычно можно не опасаться).

Другое, не менее  важное достоинство, заключается в  том, что батарея способна уловить и преобразовать в тепло более 90% попавшего на него солнечного излучения. Даже при лёгкой облачности её КПД превосходит КПД батарей других типов.

Достоинства и недостатки

 

Достоинства

1. Общедоступность  и неисчерпаемость источника.

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 (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

 

Недостатки

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.

 

«За»  и «против» солнечной энергии

Идеальна ли солнечная энергетика с технической  и экономической точки зрения? К сожалению, не совсем. Мы постараемся  выделить основные преимущества и недостатки этого способа добычи энергии.

Начнем с  положительных сторон. Во-первых, «сырье», т.е. солнечный свет, никогда не закончится. Вторым плюсом солнечной энергии является ее общедоступность, так как солнце светит на юге и западе, в Африке и Европе.

Противоречивым  является вопрос абсолютной безопасности этих технологий для окружающей среды. Конечно, это не атомная энергетика и не добыча нефти, газа, однако на данном этапе развития «солнечных» технологий при изготовлении батарей используются вредные вещества, которые тем или иным образом могут навредить природе. Уже готовые образцы (фотоэлементы) содержат ядовитые вещества, такие как свинец, кадмий, галлий, мышьяк.

Что касается срока  службы преобразователей (30 – 50 лет), то здесь возникает проблема последующей  переработки отживших свое модулей, а решение вопроса их утилизации до сих пор не найдено. Явным недостатком процесса добычи энергии является так называемая непостоянность. Солнечные системы не способны работать ночью, а вечером и в утренних сумерках эффективность станций падает в несколько раз.

Серьезное влияние  оказывают и погодные факторы. Многие сетуют на относительную дороговизну  солнечных элементов, недостаточную  эффективность в плане материальных затрат и окупаемости (на данный момент). «Подводным камнем» функционирования современных «солнечных ферм» становится проблема технической поддержки и обслуживания. Разработчики утверждают, что интенсивный нагрев фотоэлементов существенно снижает эффективность системы в целом, поэтому здесь нужно предусматривать решение проблемы организации охлаждения модулей. Также солнечные батареи необходимо периодически чистить от пыли и грязи, а в случае работы с установкой площадью несколько квадратных километров с очисткой могут возникнуть значительные сложности.

У идеальной, на первый взгляд, технологии добычи энергии даже сегодня имеется целый ряд недостатков, однако можно быть уверенными в том, что это всего лишь индикатор совершенствования солнечной энергетики. Каждый день технологического прогресса сможет искоренять один недостаток за другим, поэтому это вопрос времени.

Преобразование  солнечной энергии в элекстрическую

Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии  в электрическую являются полупроводниковые  фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16%, у лучших образцов до 25%. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 40,7 %.

Преобразование энергии  в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте. Фотоэлектрический эффект возникает в солнечном элементе при его освещении светом в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. В солнечном элементе из полупроводникового кремния толщиной 50мкм поглощаются фотоны, и их энергия преобразуется в электрическую посредством p-n соединения.

 

 

 

 

Вывод

В наше время  тема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя более актуальна. Традиционные источники  стремительно иссякают и уже через  каких-нибудь пятьдесят лет могут  быть исчерпаны. И уже сейчас энергетические ресурсы довольно дороги и в значительной мере влияют на экономику многих государств.

Всё это заставляет жителей нашей планеты искать новые способы получения энергии. И одним из наиболее перспективных  направлений является получение солнечной энергии. И это вполне естественно. Ведь именно Солнце даёт жизнь нашей планете и обеспечивает нас теплом и светом. Солнце обогревает все уголки Земли, управляет реками и ветром. Его лучи выращивают не менее одного квадриллиона тонн всевозможных растений, которые, в свою очередь, являются пищей для животных.

Таким образом, мы уже используем солнечную энергию  в своих нуждах и все традиционные источники энергии (нефть, уголь, торф) появились на земном шаре благодаря  Солнцу.

Человек с самых древних времён учился пользоваться дарами Солнца. Даже простой костёр, который согревал наших предков тысячи лет назад и продолжает это делать теперь, является по сути дела использованием солнечной энергии, которую накопила древесина. Но Солнце способно удовлетворять и более масштабные потребности человека. По подсчётам учёных, человечество нуждается в десяти миллиардах тонн топлива.

Если высчитать  количество таких условных тонн, которые  предоставляются Солнцем в течение  года, мы получим фантастическую сумму – около ста триллионов тонн. Таким образом, люди получают количество энергии, превышающее необходимые ресурсы в десять раз. Нужно только взять это энергетическое богатство. Вот этот вопрос и является крайне актуальным для науки. Результатом многолетней работы стало такое устройство как солнечная батарея.