Совет 1: Как делают солнечные батареи

Солнечная батарея – это соединение нескольких фотоэлементов, то есть устройств, способных преобразовывать солнечное излучение в электрический ток. Чем больше таких элементов входит в состав батареи, тем большую разность электрических потенциалов способна она создавать.



Принцип действий фотоэлементов основан на явлении внутреннего фотоэффекта, открытого Э. Беккерелем в 1839 году. Но только с середины ХХ века благодаря научно-техническому прогрессу, стало возможным выпускать компактные, дешевые и эффективные фотоэлементы. И, соответственно, сразу же открылись широкие возможности по использованию солнечных батарей, состоящих из них.

Если объяснить принцип действия фотоэлемента самыми простыми словами, то он представляет собою полупроводник, состоящий из двух кремниевых пластин с определенными добавками. Эти добавки создают в одной пластине избыток электронов, а в другой – их недостаток. Для того чтобы помешать избыточным электронам самопроизвольно двигаться в зону, где их не хватает, на границе этих двух слоев располагается так называемая зона запирающего слоя. Это движение может произойти только под внешним воздействием.

Таким внешним воздействием служат фотоны солнечного света. Получив их энергию, электроны становятся способными преодолеть сопротивление зоны запирающего слоя. В полупроводнике возникнет разность потенциалов, следовательно, начнет течь ток.

Сила электрического тока напрямую зависит от количества фотонов, захваченных поверхностью фотоэлемента. А это количество, в свою очередь, зависит от множества факторов, самый значимый из которых – интенсивность солнечного облучения. Исходя из этого, легко можно понять, почему солнечные батареи широко используются, прежде всего, в южных регионах. В таких странах, как Испания, Италия, Греция, Турция и т.п., энергия солнечных батарей составляет существенную часть от общей величины потребленной энергии, особенно в летний период.

Разумеется, у солнечных батарей есть недостатки. Они не могут работать круглосуточно без источника света, поэтому необходимо подключать к ним устройства для стабилизации напряжения и накопления электрического заряда. Они относительно маломощные, поэтому требуют много места для развертывания. Однако у них немало достоинств. Там, где можно обойтись небольшими мощностями, и при этом невозможно подключиться к электрическим сетям, солнечные батареи просто незаменимы. Ну, а пилотируемые космические корабли и станции вообще не могут обойтись без них.


Совет 2: Насколько эффективны солнечные батареи

В течение светового дня на поверхность планеты поступают потоки солнечной энергии. Ученые и инженеры давно придумали, каким способом можно ее использовать. Преобразовывать энергию дневного светила позволяют солнечные батареи. Их эффективность пока что далека от идеальной, но со временем она будет увеличиваться благодаря работе специалистов.
Инструкция
1
Работа солнечной батареи основана на физических свойствах полупроводниковых элементов. Фотоны света выбивают электроны с внешнего радиуса атомов. При этом образуется значительное число свободных электронов. Если теперь замкнуть цепь, по ней будет протекать электрический ток. Он, впрочем, слишком мал, чтобы можно было ограничиться использованием одного-двух фотоэлементов.
2
Обычно отдельные компоненты соединяют в систему, чтобы образовалась батарея. Из нескольких подобных батарей формируют модули. Чем большее число фотоэлементов соединяется вместе, тем выше эффективность технической системы. Значение имеет также и положение солнечной батареи относительно светового потока. Количество энергии прямо зависит от угла, под которым на фотоэлементы падают солнечные лучи.
3
Одна из основных рабочих характеристик солнечной батареи – коэффициент полезного действия (КПД). Он определяется как результат деления мощности получаемой энергии на мощность светового потока, который падает на рабочую поверхность батареи. К настоящему времени КПД солнечных батарей, используемых на практике, колеблется в пределах от 10 до 25 процентов.
4
Осенью 2013 года в печати появились сообщения о том, что немецким инженерам удалось создать экспериментальный фотоэлемент, КПД которого приближается к 45%. Чтобы добиться таких невероятных для стандартной солнечной батареи показателей, конструкторам пришлось использовать четырехэтажную схему компоновки фотоэлемента. Это позволило увеличить общее число полезных полупроводниковых переходов.
5
Специалисты подсчитали, что в будущем вполне возможно будет достичь более высоких показателей КПД, вплоть до 85%. В чем причина нынешнего отставания батареи от расчетных характеристик? Разница между реальными цифрами и теоретически возможными показателями объясняется свойствами тех материалов, которые используются для изготовления батарей. Обычно панели делают из кремния, который может поглощать лишь инфракрасное излучение. А вот энергия ультрафиолетовых лучей почти не используется.
6
Один из путей повышения эффективности солнечных батарей – использование многослойных конструкций. Такой модуль включает в себя несколько тонких слоев, изготовленных из разнородных материалов. Вещества при этом подбирают так, чтобы слои были согласованы с точки зрения поглощения энергии. В теории подобные многослойные «пироги» могут обеспечивать КПД, доходящий почти до 90%.
7
Еще одно перспективное направление разработок – применение панелей, выполненных из монокристаллов кремния. Этот материал пока что, к сожалению, существенно дороже поликристаллических аналогов. Таким образом, чтобы повысить эффективность солнечных батарей, приходится делать конструкцию более дорогостоящей, что увеличивает сроки окупаемости затрат.
Источники:
  • Поставлен новый рекорд эффективности солнечных батарей

Совет 3: Как делают электричество

Электрическую энергию получают различными способами, основным из которых на данный момент является способ преобразования механической энергии в электрическую посредством электрогенератора. Нахождение способов более простого эффективного и экологичного получения электричества - важная задача человечества.
Инструкция
1
Работа электромеханического генератора основана на законе магнитной индукции Фарадея, который гласит, что электродвижущая сила в контуре равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур. То есть в каждом электрогенераторе существует обмотка и источник магнитного поля (постоянный магнит или обмотка возбуждения), двигаясь друг относительно друга, они создают электродвижущую силу. Вопрос только в том, как привести обмотку или магнит в движение, и для его решения строят электростанции, на которых различными способами создается механическая энергия, способная придать движение валу генератора.
2
Первые электростанции были тепловыми, до сих пор они производят около 67% электроэнергии в мире. Топливо, в основном уголь и природный газ, сжигаемое на этих станциях, нагревает питательную воду, которая превращается в пар, поступающий под высоким давлением в паровую турбину и создающий вращение ее ротора, оно свою очередь передается валу электрогенератора. Использование ТЭЦ проблемно с точки зрения экологии. На гидроэлектростанциях в электричество преобразуется энергия движущейся воды. На ГЭС производится около 17% электроэнергии. Перспективны атомные электростанции, которые по принципу действия похожи на тепловые, но здесь не сжигается топливо, а энергия для получения пара получается благодаря ядерному распаду в реакторе. К сожалению, использование таких станций может быть очень опасным, что подтвердила авария в Чернобыле и недавня катастрофа в Японии на АЭС Фукусима. Ученые бьются над проблемой создания термоядерного реактора, то есть реактора, основанного не на ядерном распаде, а на ядерном синтезе. Такой реактор будет во много раз безопаснее и эффективнее ядерного и решит энергетические проблемы человечества.
3
Альтернативные электростанции используют энергию ветра, термальных источников, приливных волн. Существуют способы получения электричества без использования механической энергии. Это, в первую очередь, солнечные батареи, в которых поток света напрямую преобразуется в электричество в полупроводниках. Также разработаны химические топливные элементы, в которых электричество образуется за счет химических реакций.
Видео по теме

Совет 4: Как обойтись без электричества

Использование электрической энергии – это неотъемлемая часть современной жизни. Но если с подключением к центральным сетям существуют проблемы, можно использовать альтернативные методы получения электроэнергии.
Вам понадобится
  • - солнечные батареи или модули;
  • - фотоэлектрические станции с генератором;
  • - ветряные установки;
  • - микро ГЭС;
  • - лучины;
  • - свечи;
  • - дрова.
Инструкция
1
В качестве альтернативы для получения электрической энергии широко используются ветряки, котлы на биологическом топливе, микрогидравлические электростанции, солнечные батареи. Однако такой способ получения электричества гораздо дороже, чем подключение к центральной линии электрических сетей, но для кратковременных перебоев с подачей вполне подходит.
2
Чтобы обойтись без центральной электрической энергии и при этом обеспечить загородный дом или дачу светом и теплом, вам понадобится 15 кВт. Этого будет вполне достаточно для одновременного включения стиральной машины, электрического чайника и телевизора с компьютером. Все что вам нужно сделать – это установить солнечные батареи или их модули, если использовать полученную таким методом электроэнергию вы будете только в сезон летнего отдыха.
3
Цена на модули солнечных батарей колеблется от 8 до 25 тысяч рублей. Система, обеспечивающая коттедж электрической энергией круглогодично, будет стоить от 250 тысяч рублей, плюс стоимость монтажа и резервного генератора. За 1 кВт такой электроэнергии вам придется выложить 10-15 рублей, это в несколько раз дороже, чем при использовании центральных электрических сетей.
4
Обойтись без центрального подключения к электроэнергии можно, используя фотоэлектрические станции. Обычно они устанавливаются в поселках, где существуют большие проблемы с подачей центрального электричества. Стоимость такого оборудования гораздо дешевле, чем использование солнечных батарей, но цена за 1 кВт полученной электроэнергии все-таки превышает среднюю оплату в три раза.
5
Ветряные установки – это специальные приспособления с генератором. Стоимость такой системы мощностью 500 Вт составляет чуть больше 30 тысяч рублей. 1кВт полученной электроэнергии превышает тарифы в три раза. Оптимальный вариант – это использовать солнечные батареи и ветряную установку в комплекте.
6
Микро ГЭС – это маленькие гидротурбины с дизельным генератором. Стоимость маленькой станции составляет более 250 тысяч рублей.
7
Можно обойтись и без установок любого вида, если использовать для освещения лучины или свечи, а пищу готовить на дровяной печи, но в этом случае условия жизни мало будут походить на комфортные.
Видео по теме
Видео по теме
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500