Силнечные батареи - преобразователи солнечной энергии

Солнечная батарея представляет собой устройство, превращающее солнечную энергию в электрический ток. Она состоит из полупроводниковых фотоэлементов, работа которых основана на внутреннем фотоэффекте.

К ним относятся меднозакисные, селеновые, германиевые, кремниевые и др. Такие фотоэлементы называются вентильными, или с запирающим слоем; они отличаются от остальных видов тем, что под действием света вырабатывают собственную э. д. с., которая достигает в ряде случаев при прямом солнечном свете десятых долей вольта.

Типы кремниевых фотопреобразователей, выпускаемых отечественной промышленностью

Рис. 1. Типы кремниевых фотопреобразователей, выпускаемых отечественной промышленностью. Токи, указанные на рисунке, соответствуют рабочим напряжениям 400 мв.

Таким образом, эти фотоэлементы позволяют преобразовать лучистую энергию в электрическую. Их  поэтому называют еще фотоэлектрическими преобразователями или просто фотопреобразователями.Наиболее совершенными из фотопреобразователей являются в настоящее время кремниевые. Чистый кремний в природе в свободном состоянии не встречается.

Наиболее распространена двуокись кремния, встречающаяся в виде кварцевого песка или кварца.

Однако процесс получения чистого кремния в силу высоких требований, предъявляемых к аппаратуре и очистке сырья, представляет большие трудности и стоит очень дорого.

Но это далеко не все. Чтобы кремниевая пластина могла преобразовать энергию света в электрическую, нужно на поверхность пластины размером в лезвие безопасной бритвы путем нагревания при большой температуре (около 1 300° С) нанести весьма чувствительный к свету тонкий слой бора.

Затем поверхности пластинки обрабатываются, чтобы на одной и той же пластинке иметь слой с разными типами проводимости. В результате образуется полупроводниковый прибор, дающий ток под действием солнечных лучей.

Способы последовательного соединения преобразователей

Рис. 2. Способы последовательного соединения преобразователей. а—соединение с помощью шин (проводов); б—соединение внахлест.

Радиоприемник Кристалл, питаемый от солнечной батареи

Рис. 3. Радиоприемник „Кристалл", питаемый от солнечной батареи.

В качестве контакта на пластинку кремния наносят слой металла. Для защиты преобразователей от механических повреждений, влаги и загрязнений их заключают в защитные корпуса, а рабочую поверхность покрывают специальным, лаком.

На рис. 1 приведены некоторые типы отечественных фотопреобразователей. Чтобы судить об их размерах, надо иметь в виду, что фотопреобразователи на ток 18 ма имеют площадь 1 см2.

Кремниевые фотопреобразователи соединяются в батареи путем последовательного и параллельного включения: На рис. 2 показаны способы последовательного соединения фотопреобразователей. Электродвижущая сила отдельного элемента не зависит от его площади и колеблется между 0,5—0,55 в, а ток определяется площадью прибора и составляет около 20 ма на 1 см2 при прямом освещении в ясную летнюю солнечную погоду.

На ВДНХ в 1961 г. демонстрировалась батарея, состоящая из 19 фотопреобразователей с площадью отдельного элемента 3 см2. Эта батарея отдает ток порядка 40 ма при напряжении 7 в.

До сих пор солнечные батареи использовались главным образом в опытном порядке, причем очень эффективным оказалось применение их для питания радиоаппаратуры искусственных спутников Земли.

Есть все основания предполагать, что на ближайшие годы солнечные батареи будут основным источником энергопитания искусственных спутников.

Несомненно, что солнечные батареи будут использоваться для питания транзисторных приемников благодаря большой экономичности последних. Например, батарея напряжением 7 в, развивающая ток 40 ма, может питать радиоприемник «Кристалл» (рис. 3).

Есть уже и такие батареи, которые дают достаточную энергию для транзисторного приемника при освещении их искусственным светом. Перспективным является применение солнечных батарей в слуховых аппаратах.

Автоматическая метеостанция, питающая от солнечной батареи, снабженной системой самонаведения

Рис. 4. Автоматическая метеостанция, питающая от солнечной батареи, снабженной системой самонаведения.

В слуховом аппарате одной из фирм США четыре кремниевых фотопреобразователя работали над миниатюрным транзисторным слуховым аппаратом, вмонтированным в одну из дужек оправы очков.

Научно-исследовательский институт часовой промышленности СССР разработал солнечные часы: 10 фотопреобразователей в соединении с аккумулятором обеспечивают круглосуточную работу часов при комнатном свете.

Солнечные батареи смогут питать автоматические метеорологические станции (рис. 4) и заряжать аккумуляторы световых бакенов. Дебатируется вопрос о создании солнечных электростанций.

Но большинство авторов считает, что строить такие станции пока нецелесообразно: для создания электростанции мощностью 1 000 кВт, работающей с к. п. д. 8% и имеющей буферную батарею аккумуляторов, нужна площадь преобразователей около 5—6 га, да и дорог кремний, необходимый для изготовления солнечных батарей.

Поэтому считают более рациональным в ближайшем будущем преобразовывать солнечную энергию на месте потребления, создавая небольшие установки для удовлетворения потребностей в электроэнергии отдельных жилых домов.

Такие станции на юге нашей страны будут достаточно экономичными и практически вечными. Они будут незаменимы в горных и пустынных районах.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

0
767
Добавить комментарий