Реферати українською » Физика » Сонячна батарея


Реферат Сонячна батарея

Страница 1 из 3 | Следующая страница

МОУ «Ліцей №43»

Природно- технічний

>РЕФЕРАТ

Сонячна батарея

>Саранск

2010


Сонце розлите порівну.

Точніше, справедливо,

Точніше, постольку розлите,

Хто, скільки здатен узяти.

У.Солоухин

 

Сонце. Загальні відомості

 

Сонце — центральна єдина зірка Сонячної системи, навколо якої вже звертаються інші об'єкти цією системою: планети та його супутники, карликові планети та його супутники, астероїди,метеороиди, комети і космічна пил.

Маса Сонця становить 99,866 % від сумарною маси всієї Сонячної системи.

Сонячне випромінювання підтримує життя в Землі, визначає клімат.

Сонце складається з водню, гелію і наступних, які входять у його склад у "малих концентраціях, елементів: заліза, нікелю, кисню, азоту, кремнію, сірки, магнію, вуглецю, неону, кальцію і хрому. По спектральною класифікації Сонце належить до типуG2V («жовтий карлик»). Температура поверхні Сонця сягає 6000 K, тому Сонце світить майже білим світлом, а й через сильнішого розсіювання і поглинання короткохвильової частини спектра атмосферою Землі прямий світло Сонця у поверхні нашої планети набуває певний жовтий відтінок. [1]

Сонячна енергетика — напрям нетрадиційної енергетики, заснований на безпосередньому використанні сонячного випромінювання щоб одержати енергії в певному виді. Сонячна енергетика використовує поновлюваний джерело енергії та є екологічно чистою, тобто не що виконує шкідливих відходів. Виробництво енергії з допомогою сонячних електростанцій добре узгоджується з концепцієюраспределенного виробництва енергії. [2]

Історія відкриття сонячної енергії

Ще давнини люди почали думати можливостях застосування сонячної енергії. Згідно з легендою, великий грецький учений Архімед спалив ворожий флот,осадивший його рідне містоСиракузи, з допомогою системи запалювальних дзеркал. Достеменно відомо, що майже 3000 років тому вони султанський палац у Туреччині опалювався водою, нагрітої сонячної енергією. Давні жителі Африки, Азії, і Середземномор'я отримували кухонну сіль,випаривая морську воду. Але найбільше людей залучали досліди з дзеркалами і збільшувальними скельцями. Справжній "сонячний бум" розпочалося XVIII столітті, коли наука, вільна від пут релігійних забобонів, пішла вперед семимильними кроками. Перші сонячні нагрівачі з'явилися мови у Франції.Естествоиспитатель Ж.Бюффон створив велике увігнуте дзеркало, якефокусировало лише у точці відбиті стане сонячне проміння. Це дзеркало мала змогу в ясний день швидко спалахнув сухе дерево з відривом 68 метрів. Згодом шведський учений М.Соссюр побудував перший водонагрівач. То справді був лише дерев'яний ящик зі скляним кришкою, проте вода, налита в нехитре пристосування, нагрівалася сонцем до88°С. У 1774 року великий французький вчений А. Лавуазьє уперше вжив лінзи для концентрації теплової енергії сонця. Незабаром, у Англії відшліфували великедвояковипуклое скло,расплавлявшее чавун упродовж трьох секунди і граніт - за хвилину.

Перші сонячні батареї, здатні перетворювати сонячної енергії в механічну, було побудовано знов-таки мови у Франції. Наприкінці ХІХ століття на Всесвітній виставці у Парижі винахідник Про.Мушо демонструвавинсолятор - апарат, який за допомогою дзеркалафокусировал промені на паровому казані. Казан наводив у дію друковану машину,печатавшую по 500 відбитків газети за годину. Кілька років тому США побудували такий апарат потужністю 15 кінських сил.

>Паровой казан на сонячної енергії, що призводить в рух друкований верстат

>Подходили роки,инсолятори використовують сонячної енергії вдосконалювалися, але принцип залишався колишнім: сонце - вода - пар. І ось, в 1953 року вчені Національного аерокосмічного агентства США створили справжню сонячну батарею - пристрій, безпосередньо перетворююче енергію сонця в електрику.

Ще 70-ті роки 19 століття відкрили так званий фотоелектричний ефект - явище, що з визволенням електронів твердого тіла чи рідини під впливом електромагнітного випромінювання. У 30-х роках глава фізиків нашої країни академік А. Ф. Йоффе висловив думка про використанні напівпровідникових фотоелементів в сонячної енергетиці. Щоправда, рекордний коефіцієнт корисної дії (ККД) тодішніх матеріалів не перевищував 1 відсотка, тобто, в електрику перетворювалася лише сота частина світловий енергії. Після багаторічних експериментів удалося створити фотоелементи з ККД до 10-15%. Потім американці побудували сонячні батареї сучасного типу. У 1959 року вони було встановлено одному з перших штучних супутників Землі, і відтоді все космічні станції оснащуються багатометровими панелями з сонячними батареями. Низький ККД сонячних батарей можна було б компенсувати великий площею, наприклад, покрити всю пустелю Сахару фотоелементами - і ладна наймогутніша сонячна електростанція. Проте кремнієві напівпровідники, основі яких виробляються сонячні батареї, дорого коштують. І чим вищий ККД, то більше матеріали. У результаті частка сонячної енергії у сьогоднішній енергетиці невелика. Проте у з не нескінченністю викопного палива, частка енергії одержуваної сонячними батареями буде неминуче зростати. Також зростанню використання сонячних батарей сприяють розробки створені задля підвищення ккд і зниження їх вартості.

Одна з головних достоїнств сонячної енергії - її екологічна чистота. Щоправда, сполуки кремнію можуть наносити невеличкий шкоду навколишньому середовищу, проте за порівнянню з наслідками спалювання природного палива такий збитки - крапля у морі.

Напівпровідникові сонячні батареї мають дуже важлива перевага - довговічність. Це те, що відтік по них не жадає від персоналу особливо великих знань. У результаті сонячні батареї стають дедалі популярнішими у промисловості і побуті.

Кілька кв. метрів сонячних батарей цілком може розв'язати всі енергетичні проблеми невеличкий села. У країнах із велику кількість сонячних днів - південній частині США, Іспанії, Індії, Саудівської Аравії та інших - які вже діють сонячні електростанції. Деякі їх досягають досить великою потужності.

Сьогодні вже розробляються проекти будівництва сонячних електростанцій поза атмосфери - там, де стане сонячне проміння не втрачають своєї енергії.Уловленное на земної орбіті випромінювання пропонується переводити у інший тип енергії - мікрохвилі - і далі вже відправляти на Землю. Усе це завчить фантастично, проте сучасну технологію дозволяє здійснити такий проект у самому близькому майбутньому.

 

Сонячні батареї на верблюді

Багато наукових експериментів і тонких технологій вимагають часом створення величезної температури. Ідеальний варіант - сонячна енергія, здатна створювати гігантські температури на невеличкий площі. Найвідоміша "сонячна піч" діє в французькому містечкуОдило. Її рухливі дзеркала концентрують енергію сонця з великою площі на майданчику менше кв. м. Ця майданчик перебуває в невеличкий вежі перед системою дзеркал. У ясні дні у фокусі дзеркал вдається досягти температури в3300°С. З її допомоги уОдило створюють матеріали з особливими властивостями, які неможливо отримати у традиційної металургії. [11]

Проблема:

Сонячна енергетика відкрита вже досить давно. Але її так важко розглядали як великого джерела енергії через дорожнечу виробництва. Час минав, і технології розвивалися. Сонячні панелі подешевшали і вони серйозним джерелом енергії. У торік в усьому світі сумарна потужність сонячних електростанцій перевищила 20гигаватт! І це показник з початку нинішнього століття подвоюється щотри року. Осторонь лише Росія. [4]

Використання енергії сонця

 

1. Перша промислова сонячна електростанція була побудована 1985 року у СРСР Криму, неподалік міста Щолкіно.СЭС-5 мала пікову потужність 5 МВт. Стільки ж, скільки в першого ядерного реактора. За 10 років вона виробила всього 2 мільйона кВт/год електроенергії, проте вартість її електрики виявилася досить високою, в середині 90-х її закрили. Саме тоді роботи активізувалася Штатах, де компаніяLooselndustries наприкінці 1989 року запустила80-мегаваттнуюсолнечно-газовую електростанцію. За такі 5 літ компанію, лише у Каліфорнії, побудувала таких СЕС поки що не 480 МВт і довела вартість одного «>солнечно-газового»кВт.часа до 7-8 центів. Що зовсім навіть непогано проти 15 центами за кВт/год енергії - в стільки обходиться електрику, продуковане на АЕС.

2. Використовувати енергію Сонця побуті можна й без перетворення їх у електрику. Щоб «протопити» холодну кімнату чи нагріти води водопровід, можна безпосередньо скористатися сонячним теплом. Установки, котрі збирають, зберігають й передають це тепло, називаються сонячними колекторами. У найпростішому варіанті все так: даху удома чи з його південної стіні встановлюється панель, що складається з тоненьких трубочок, з яких спеціальнийбак-аккумулятор подається вода. Сонце нагріває трубки, ті нагрівають воду, вода (температура якій у цій системі під час використання дзеркальногоподдона може становити близько60-90°С) накопичується в баку і потім використовується для обігріву чи гарячого водопостачання. Будинку, обладнані такими системами (які зазвичайдоукомплектовиваются і кремнієвими сонячними елементами), називаються «сонячними будинками». З одного боку, цей будинок варто ненадовго дорожче, ніж звичайний, але з іншого - вона дозволяє різко скоротити комунальні платежі - на 50-70%.

3. Проте трапляються й дещо серйозніші системи. Один із таких була споруджена в штаті Нью-Мексико ще 1978 року й працює досі. Називається - Національна сонячна установка для теплових випробувань (>NSTTF). Належить вона Пентагону вживається для перевіркижаропрочности корпусів військових і громадянських ракет. ПолягаєNSTTF з60-метровойбашни-мишени і 220гелиостатов, розміром 6х6 метрів кожен. Дзеркала, подібноархимедовой установці, направляють свої сонячні зайчики за однуполутораметровое цятку нагорі установки, де температура в сонячні дні піднімається до 2000°С. Загалом у 2,5 рази менше, ніж поверхні Сонця, й у 2 разу вищу температури горіння напалму. Установка має площа дзеркал 8 500 м2 і теплову потужність 5 МВт. [5]

4. Республіці Корея в 2008 року було встановлено 274 мегавати потужності сонячних панелей. Це можна з потужністю Владивостоцької ТЕЦ у тому року.

5. Ще більше прогрес у Японії, де сумарна потужність сонячних електростанцій наближається вже безпосередньо до 3гигаваттам! Хтось скаже, що у Японії багато сонця і ми рівнятися ними складно. І ось вам реальний факт: у Німеччині встановлено вже майже 5гигаватт сонячних панелей! Адже німці наш північний сусіда й отримують значно менше сонця, ніж Примор'я. [6]

 

Як працюють сонячні панелі

Найефективнішими з погляду пристроями для перетворення сонячної енергії у електричну є напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі (ФЕП), оскільки дозволяють здійснити прямий, одноступінчатий перехід енергії. Перетворення енергії в ФЕП грунтується нафотовольтаическом ефект, що виникає в неоднорідних напівпровідникових структурах при вплив ними сонячного випромінювання.Фотовольтаический ефект (перетворення енергії світла електроенергію) було відкрито 1839 року молодим французьким фізикомЭдмондомБеккерелем. Якось 19-річний Едмонд, проводячи досліди з маленької електролітичної батареєю з цими двома електродами виявив, що у світу деякі матеріали виробляють електричний струм. Чому це відбувається? Річ у тім, що сонячне світло несе певну енергію. Різнимдлинам хвиль світла, сприймаються нами як різні кольору (червоний, синій, жовтий тощо.) відповідають свої рівні енергії. Потрапляючи на сприймає напівпровідниковий шар, світло передає свою енергію електрону, який зривається зі своїми орбіти в атомі. А потік електронів це і є електричний струм. Але аж до створення першої сонячної батареї минуло ще більше 40 років: в 1883 р. ЧарльзФритц покрив кремнієвий напівпровідник тонесенький шаром золота і невдовзі одержав сонячну батарею, ККД якої становив трохи більше 1%. Аналогічні сучаснимфотовольтаические елементи були запатентовано як «світлочутливі елементи» в 1946 р. компанієюRussellOhl. Перший штучний супутник із застосуваннямфотовольтаических елементів запущено СРСР 1957 р., а 1958 р. США що його запуск супутника Explorer 1 з сонячними панелями. Ці дві події засвідчили, що сонячні панелі можуть бути єдиним і достатнім джерелом енергопостачання геостаціонарних супутників, що підтвердило компетентність сонячних батарей. То справді був важлива річ у розвитку даної технології, позаяк у результаті успішних запусків кілька урядів інвестували колосального обсягу засобів у її розробку. Починаючи 2000 р. в арифметичній прогресії росла ефективність вироблених кремнієвих моно- і полікристалічних фотоелектричних елементів, досягнувши до 2007 року максимальних значень 19%. Інші технології через меншою ефективності виявилися обділені увагою розробників донедавна. У цілому нині гонитва за ефективністю й створення дорогих сонячних елементів виправдовували себе лише застосування у космосі, де важливий кожен грамів і квадратний сантиметр. Для практичного використання сонячних панелей Землі були потрібні порівняно недорогі і якісні елементи, придатні виробництва застосування. Саме такими і вони кремнієві сонячні панелі. Нині лідером є моно- іполикристаллический кремній - 87% світового фінансового ринку.Аморфний кремній становить 5% ринку, атонкопленочниекадмий-теллуровие елементи - 4,7%. Основним матеріалом для сонячних фотоелектричних панелей залишається кремній. Причиною є його повсюдна доступність. Чималу роль відіграє й розробленість технології, оскільки кремній дуже широко використовують у різних видах електроніки. Основою сонячних панелей є тонкі зрізи кремнієвих кристалів. Чим тонше шар - тим менше собівартість. Паралельно підвищується ефективність. У 2003 року у середньому у індустріїфотовольтаики товщина шару у найбільш якісних елементах становила 0,32 мм, а до 2008 року зменшилася до 0,17 мм. А ефективність підвищилася з 14-ма% до 16%. Цього року планується досягти показників 0,15 мм при ефективності 16,5%. [7]


Способи отримання електрики і тепла з сонячного випромінювання

 

1. Одержання електроенергії з допомогою фотоелементів.

2. Перетворення сонячної енергії в електрику з допомогою теплових машин:

3. парові машини (поршневі чи турбінні), використовують водяну пару, вуглекислий газ, пропан-бутан, фреони;

4. двигунСтирлинга тощо. буд.

5.гелиотермальная енергетика — Нагрівання поверхні, поглинає стане сонячне проміння, і наступне розподіл і тепла (фокусування сонячного випромінювання на посудині із жовтою водою на подальше використання нагрітої води в опаленні чи паровихелектрогенераторах).

6.Термовоздушние електростанції (перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, спрямовуваного на турбогенератор).

7. Сонячніаеростатние електростанції (генерація водяної пари всередині балона аеростата з допомогою нагріву сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритоюселективно-поглощающим покриттям). Перевага — запасу пара в балоні достатньо роботи електростанції в темну пору доби й у непогожу погоду. [10]

>Фотоелемент — електронний прилад, який перетворює енергію фотонів у електричну енергію. Перший фотоелемент, заснований осіб на зовнішньомуфотоеффекте, створив Олександр Столєтов наприкінці ХІХ століття.

>Фотоелемент з урахуваннямполикристаллического кремнію

Фізичний принцип роботи фотоелемента

Перетворення енергії

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Нові надходження

Замовлення реферату

Реклама

Навігація