+375 29 696 31 00
 Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую

Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую - 5.0 из 5, основанный на 1 голосе

Рейтинг:  5 / 510Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

фото установка солнечных батарей

Часто ли мы задумываемся о том, какой путь проходит свет перед тем, как достичь Земли? А между тем Солнце, находящееся примерно в 150 миллионах километров от нас, не только может светить и греть нас своим теплом, оно доставляет световую энергию, которую пытливые умы человечества научились использовать для получения энергии электрической. Как это происходит и при каких условиях? Насколько эффективны современные солнечные панели? Можно ли отказаться от тепловых и атомных электростанций, оказывающих негативное влияние на окружающую среду? Обо всем по порядку.

Наверняка первые попытки использовать солнечный свет для бытовых нужд были предприняты на заре человечества интуитивно. Люди понимали, например, что мокрые вещи на солнце сохнут быстрее, чем в тени, то есть эмпирически оценивали количество солнечной радиации (излучения), приходящей на землю. Архимед использовал параболические зеркала для поражения вражеских кораблей. Параболические зеркала также применяли пастухи и бедуины для приготовления пищи. Что же было дальше?

фото параболическое зеркало

1838 - французский физик Клод Пулье, используя простейший пирометр, измерил мощность солнечного излучения, приходящего на квадратный метр поверхности Земли. Величина получилась внушительная и близкая к современным оценкам – 1361 Вт/м2.

1839 - Беккерель обнаружил, что свет возможно преобразовать в электричество, а электричество, как известно – самый удобный для использования вид энергии.

1887-1890 - Герц и Столетов изучали явление, названное фотоэффектом. Суть его в том, что при облучении светом и вообще любым излучением вещества могут отдавать электроны – носители электрических зарядов. Это приводит к возникновению ЭДС, что позволяет использовать фотоэффект для получения электрического тока.

1905 – Эйнштейн, используя теорию Макса Планка о квантовой (состоящей из отдельных частиц) природе света, объяснил, как работает фотоэффект, за что потом и получил Нобелевскую премию. Вот так выглядит формула для фотоэффекта, выведенная создателем теории относительности:

Представим себе шар для боулинга, приклеенный к столу клеем. Это ядро атома. Стол представляет собой вещество. Вокруг ядра по окружности двусторонним скотчем приклеим теннисные мячи. Это электроны данного атома. Начнем стрелять по атому шариками для пинг-понга – фотонами, т.е. безмассовыми частицами света. Нетрудно представить, что они не сдвинут с места тяжелый шар для боулинга, т.е. ядро, но в зависимости от своей энергии  они или просто оторвут теннисные мячи от скотча (это – красная граница фотоэффекта - ), или не только оторвут их, но и заставят двигаться, т.е. наши электроны приобретут кинетическую энергию Wk. Короче говоря, суть фотоэффекта в том, что фотоны отдают свою энергию на отрыв электронов от ядра (обязательно) и на придание им движения (необязательно, зависит от энергии фотонов). Движение электронов и представляет собой электрический ток - фототок.

фото визуальный пример движения электронов

Наконец, в 1954 году компания Bell объявила о создании кремниевых солнечных батарей. С тех пор и на земле, и в космосе свет начали использовать для получения электроэнергии с помощью фотоэлементов. Фотоэлементы представляют собой полупроводниковые приборы, использующие явление фотоэффекта. Как он проявляет себя здесь? Если мы будем светить на металл, то электроны вылетят в окружающее пространство и особой пользы не принесут. Фотоэлементы же устроены таким образом, что при освещении электроны скапливаются на противоположных электрических контактах, генерируя постоянное напряжение.

Нужное количество таких фотоэлементов соединяют в группы последовательно. Это делается для увеличения генерируемого напряжения. Далее последовательные группы соединяются параллельно для увеличения выходного тока. Количество элементов в этих группах зависит от требуемого расчетного тока и напряжения. Для увеличения надежности батареи фотоэлементы шунтируются диодами. Вся эта система покрывается стеклом для защиты цепей от внешних воздействий. При нагревании солнечной панели эффективность генерации снижается. Ввиду непостоянства выдаваемой мощности к клеммам солнечных панелей присоединяют контроллер для заряда аккумуляторов, которые питают инвертор для создания переменного напряжения.

КПД современных батарей, представленных на рынке, обычно составляет 15-20 %. В лабораторных условиях получают КПД, близкий к 45 %. Луноходы и марсоходы успешно колесят и бурят грунт на удаленных небесных телах, а космические аппараты бороздят просторы Солнечной системы, питаясь энергией Солнца. На земле же 1.3 кВт мощности солнца приходится в ясный день перпендикулярно одному квадратному метру, и у нас картина получается не очень радужная. Здесь же вспомним о сравнительно высокой цене солнечных элементов, поэтому на сегодняшний день солнечная энергетика все еще остается перспективной отраслью. Вопрос времени, подобно электромобилям, а в свое время – двигателям внутреннего сгорания? Увидим.

Об альтернативной энергетике читайте в этой статье.

 
Всегда рады  знакомству 
    • Местоположение

      220035, РБ, г. Минск, ул. Тимирязева д.65 Б, оф.611

      Без выходных: 8:00 – 18:00 

      Читай нас здесь

              

    • Заказать звонок