Использование и устройство солнечных батарей

Слайд 1

Слайд 2

ОГЛАВЛЕНИЕ О СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ О АВТОРАХ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Выход

Слайд 3

Солнечная энергетика Особое место среди альтернативных и возобновляемых источников энергии занимают фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии, изучение которых превратилось в отдельное научное направление – фотовольтаику. Экономически передовые государства в своих национальных программах уже стимулируют массовое применение солнечных батарей. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 4

Основные принципы работы солнечных батарей Рис.2. Конструкция солнечного элемента Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) – прибора для преобразования энергии солнечного излучения – на основе монокристаллического кремния показана на рис. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт. Рис. Конструкция солнечного элемента К оглавлению ВЫХОД

Слайд 5

Производство структур на основе монокристаллического кремния, удовлетворяющих данным требованиям, – процесс технологически сложный и дорогостоящий. Поэтому внимание было обращено на такие материалы, как сплавы на основе аморфного кремния (a-Si:H), арсенид галлия и поликристаллические полупроводники. Аморфный кремний выступил в качестве более дешевой альтернативы монокристаллическому. Первые СЭ на его основе были созданы в 1975 году. Оптическое поглощение аморфного кремния в 20 раз выше, чем кристаллического. Поэтому для существенного поглощения видимого света достаточно пленки а-Si:Н толщиной 0,5–1,0 мкм вместо дорогостоящих кремниевых 300-мкм подложек. Кроме того, благодаря существующим технологиям получения тонких пленок аморфного кремния большой площади не требуется операции резки, шлифовки и полировки, необходимых для СЭ на основе монокристаллического кремния. По сравнению с поликристаллическими кремниевыми элементами изделия на основе a-Si:Н производят при более низких температурах (300°С): можно использовать дешевые стеклянные подложки, что сократит расход кремния в 20 раз. Пока максимальный КПД экспериментальных элементов на основе а-Si:Н – 12% – несколько ниже КПД кристаллических кремниевых СЭ (~15%). Однако не исключено, что с развитием технологии КПД элементов на основе а-Si:Н достигнет теоретического потолка – 16 %. Наиболее простые конструкции СЭ из а-Si:Н были созданы на основе структуры металл – полупроводник (диод Шотки) (рис. 6). Несмотря на видимую простоту, их реализация достаточно проблематична – металлический электрод должен быть прозрачным и равномерным по толщине, а все состояния на границе металл/а-Si:Н – стабильными во времени. чаще всего солнечные элементы на основе а-Si:Н формируют на ленте из нержавеющей стали или на стеклянных подложках, покрытых проводящим слоем. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 6

Рис.6. Конструкция фотоэлемента с барьером Шотки К оглавлению ВЫХОД

Слайд 7

Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) – прибора для преобразования энергии солнечного излучения – на основе монокристаллического кремния показана на рис.слайд 4. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт. Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область. Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой. В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение. Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой – положительному. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 8

Рис. Схема термофотоэлектрического солнечного элемента Термофотовольтаическое производство электроэнергии, т.е. преобразование длинноволнового (теплового) излучения посредством фотовольтаических ячеек было открыто в 1960 году и вызывает все больший интерес, особенно в связи с современными достижениями в области создания узкозонных полупроводников. В термофотовольтаической ячейке (рис.) тепло преобразуется в электроэнергию посредством селективных эмиттеров из оксидов редкоземельных элементов – эрбия и иттербия. Эти вещества поглощают инфракрасное излучение и вновь излучают его в узком энергетическом диапазоне. Излучение может быть эффективно преобразовано с помощью фотовольтаической ячейки с соответствующей шириной запрещенной зоны. В качестве материала для фотоэлектрической ячейки более всего подходит InxGa1-xAs, поскольку он позволяет добиться необходимой ширины запрещенной зоны. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 9

Каскадные солнечные элементы Большинство современных СЭ обладают одним p-n-переходом. В таком элементе свободные носители заряда создаются только теми фотонами, энергия которых больше или равна ширине запрещенной зоны. Другими словами, фотоэлектрический отклик однопереходного элемента ограничен частью солнечного спектра, энергия которого выше ширины запрещенной зоны, а фотоны меньшей энергии не используются. Преодолеть это ограничение позвляют многослойные структуры из двух и более СЭ с различной шириной запрещенной зоны. Такие элементы называются многопереходными, каскадными или тандемными . Поскольку они работают со значительно большей частью солнечного спектра, эффективность фотоэлектрического преобразования у них выше . Основное направление исследований в области каскадных элементов связано с использованием арсенида галлия в качестве одного или нескольких компонентов. Эффективность преобразования подобных СЭ достигает 35 %. Кроме того в каскадных элементах широко применяются аморфный кремний, сплавы на его основе (a-Si1-xCx:H, a-Si1-xGex:H), а также CuInSe2. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 10

Применение солнечных батарей Солнечные элементы для космонавтики Пример практически безальтернативной области применения СЭ — космические аппараты. Рост эффективности преобразования ведет к снижению габаритов солнечных батарей, а следовательно, и общего веса космического аппарата. В результате стоимость запуска космических аппаратов существенно снижается (табл. 1). Будущее фотовольтаики Общая ёмкость установленных солнечных батарей во всём мире превышает 800 МВт. Причём в равной мере расширяется применение СЭ как в традиционных областях (телекоммуникации, бытовые источники электроэнергии, небольшие источники света), так и в системах, подключённым к общим электрическим сетям. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 11

Таблица 1. Технико-экономические показатели солнечных батарей для космических аппаратов Параметр Удельная мощность, Вт/кг Требуемая мощность, Вт Расчётная масса солнечной батареи, кг Экономия средств запуска по сравнению с батареями на кристаллическом Si , долл GalnP/GaAs/Ge 22 10000 455 5126128 GaAs/Ge 19 10000 526 3720896 Si 14 10000 714 0 Таким образом только в 1997 году солнечных батарей, монтированных на крышах составляло 9400, а европейская промышленность за 1997 год увеличила производство СЭ на 50% (с 18,8 до 30,4 МВт) Производители Германии получили правительственную финансовую поддержку, которая позволила в текущем году довести объем выпуска СЭ до 40 МВт. В США – основном мировом поставщике солнечных батарей (их доля составляет около 42%) — действует программа “миллион солнечных крыш”, позволяющая с оптимизмом взирать на развитие фотовольтаики в этой стране. Основной же проблемой на пути широкого распространения изделий фотовольтаики до сих пор остается их сравнительно высокая стоимость. Таким образом, основные тенденции развития технологий, применения и рынка преобразователей солнечной энергии показывают, что у них есть многообещающее будущее. Производителей стимулирует потенциально гигантский рынок солнечных батарей, устанавливаемых на крышах зданий. Основные усилия исследователей сосредоточены на повышении стабилизированной эффективности фотоэлектрического преобразования, снижении стоимости материалов и производства, повышении надежности приборов, на внедрении новых тонкопленочных технологий вместе с развитием моно- и поликристаллических технологий, пока доминирующих на рынке. Продолжаются разработки по стандартизации качества и производительности изделий фотовольтаики, включая стандарты ISO9001 и ISO14001. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 12

параметр страна год 1997 г 1998 г 1999 г 2000 г Монокриста- лический Si США 67,1 93,5 114,6 134,7 Япония 35 52 67 82 Европа 45 54 99 104 Остальные страны 16,2 16,3 16,3 16,3 Всего МВт 163,3 215,3 296,9 337 CdTe, CulnSe2 США 0,8 12,7 23,8 34,4 Япония 2 7 7 15 Европа 0,2 0,2 10,2 15 Остальные страны 0 0 0 0 Всего МВт 3 19,9 41 64,6 a-Si США 17,7 18,5 20,5 37 Япония 11 23 40 54 Европа 2 2 2 2 Остальные страны 3 5,5 5,5 5,5 Всего МВт 33,7 49 68 89,5 К оглавлению ВЫХОД Таблица 2. Тенденции развитий технологий солнечных батарей

Слайд 13

Тенденции развития технологий солнечных батарей

Слайд 14

Экомобиль Учёные не остановились на космических аппаратах, они создали ещё одно устройство, работа которого основана на применении внутренней солнечной батареи « e. Volution ». Такая машина может без дозаправки проехать около 200 километров, развивая при этом скорость до 130 км/час. Или же в течение 10 часов со средней скоростью 80 км/час. стоимость такой поездки обойдётся владельцу e.Volution в 30 центов. При этом весит машина всего 700 кг, а двигатель — 35 кг.Революционную новинку представила французская фирма MDI (Motor Development International), которая тут же объявила о намерении начать серийный выпуск автомобилей, оборудованных двигателем на сжатом воздухе. Изобретателем двигателя является французский инженер-моторостроитель Гай Негр (Guy Negre), известный, как разработчик пусковых устройств для болидов "Формулы 1" и авиационных двигателей. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 15

Ему удалось создать двигатель, работающий исключительно на сжатом воздухе без каких бы то ни было примесей традиционного топлива. Своё детище француз назвал Zero Pollution, что означает нулевой выброс вредных веществ в атмосферу. Девизом Zero Pollution стало "Простой, экономичный и чистый", то есть упор был сделан на его безопасность и безвредность для экологии. Можно даже сказать, что "воздушный" двигатель работает так же, как и обычный двигатель внутреннего сгорания, но только никакого сгорания тут нет". Было заявлено, что выбросы автомобиля не опаснее углекислого газа, выделяемого при дыхании человека, двигатель можно смазывать растительным маслом, а электрическая система состоит всего лишь из двух проводов. На заправку такого воздухомобиля требуется около 3 минут. Представители Zero Pollution заявили, что для заправки "воздухомобиля" достаточно наполнить воздушные резервуары, расположенных под днищем автомобиля, что занимает около четырёх часов. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 16

Вывод На наш взгляд, широкое применение выше упомянутых устройств просто необходимо человеку, несмотря на их дорогостоящие затраты. Ведь, если сравнить дорогие солнечные батареи с недорогими трансформаторами , генераторами и другими устройствами. Преобразующими энергию; то в них можно найти много положительного. Во-первых – это, чисто природный источник энергии, для вырабатывания которой от человека ни чего не требуется. Во-вторых – это устройство с довольно простой конструкцией, по сравнению с трансформаторами и генераторами. Большинство источников восстанавливаемой энергии зависит от географических и природных факторов, которые различны в каждой стране. К примеру, энергия солнца и ветра больше представлена в Испании, чем в Австрии. В свою очередь, многочисленные реки и горы на территории Австрии больше подходят для строительства гидроэлектростанций. И поэтому, сегодня активно проводятся исследования всех возможных восстанавливаемых источников энергии. В некоторых случаях результаты даже выглядит весьма оптимистично и позволяют надеяться на определенные изменения. Солнечная энергия в виде преобразующих батарей (энергию солнца в электроэнергию) - имеет высокий потенциал для массового использования в странах с теплым климатом и преобладающим количеством солнечных дней в календаре. На сегодняшний день наиболее эффективной технологией использования солнечной энергии являются преобразующие батареи. Единственный их недостаток – пока еще высокая стоимость. К оглавлению ВЫХОД

Слайд 17

ИНТЕРНЕТ 1) Интернет издание «Мембарана.Ру». (www.membrana.ru) 2) Солнечная энергетика и солнечные батареи (http://solar- battery.narod.ru) 3) Интернет версия журнала «Наука и жизнь» 4) Светлана Грановская «Энергетическое будущее Европы» (http://www.wdi.ru/default.php?art=2833874) КНИГИ «Энергия будущего» А.Н. Проценко, М., «Мол. Гвардия», 1980 «Ключ к Солнцу» Е.Б. Борисов, И.И. Пятнова, М., Мол. Гвардия, 1964 Энциклопедия для детей. География, М., «Аванта +», 1994 «Энергетика сегодня и завтра», А.Н. Проценко, М., «Мол. Гвардия», 1987 «Занимательно об энергетике», Ю.Г. Чирков, М., «Мол. Гвардия», 1981 ВЫХОД К оглавлению

Слайд 18

Данный проект подготовили ученики МОУ Заброденская СОШ 11 «В» класс Фомина Мария, Сергеев Сергей, Камнев Илья. с. Заброды 2007 год. ВЫХОД