Солнечная батарея

___Главный энергетик нашей компании “ТехноИнжениринг.РФ” пишет для повышения квалификации специалистов: 
___Солнечная батарея — это несколько объединённых вместе фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя. Различные устройства, позволяющие преобразовывать солнечное излучение в тепловую и электрическую энергию, являются объектом исследования гелиоэнергетики (от гелиос греч. Ήλιος, Helios — Солнце). Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается в разных направлениях. Сегодня оправдывает своё применение солнечная батарея для дома цена изготовления, монтажа и обслуживания которой значительно ниже основных западных производителей. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий. В течение уже сравнительно многих лет кремний является объектом всесторонних физических исследований. В последние годы физики главное свое внимание сконцентрировали на изучении его электрических свойств. В итоге многолетних исследовательских работ были получены результаты, представляющие большую ценность, как для теорий, так и для практики. Среди этих результатов большое значение имеет метод получения кремния с наперед заданным механизмом проводимости – электронным или дырочным, позволивший разработать кремниевые детекторы. Таким же важным результатом, несомненно, следует считать разработку технологии введения в монокристалл кремния примесей посторонних атомов, позволяющей получать в одном кристалле р-n – переход, на основе которого и был создан кремниевый фотоэлемент с запорным слоем. На основе таких фотоэлементов и была создана солнечная батарея. Технология изготовления кремниевого фотоэлемента довольно сложна. Она сводится в основном к следующим операциям. Сначала из расплавленного кремния выращивают большие монокристаллы. Взращивание монокристаллов может осуществляться разными способами. Один из них заключается в том, что в расплавленный кремний погружается затравка и очень медленно подымается вверх. Затравка, т. е. небольшой монокристаллик данного вещества, представляет собой кристаллизационный центр, вокруг которого начинается кристаллизация. В процессе медленного подъема затравки начинается постепенное образование монокристалла кремния, который может быть получен достаточно больших размеров. Весь этот процесс проводится в условиях высокого вакуума. Нагрев кремния осуществляется индукционной высокочастотной печью. Полученные кремниевые монокристаллы разрезают на тонкие пластинки прямоугольной формы. Пластинка обладает электронным механизмом проводимости. Для создания же фотоэлемента с запорным слоем необходима система из двух полупроводников с противоположными механизмами проводимости. Для этого одну из поверхностей пластинки покрывают тонким равномерным слоем бора и в течение некоторого времени прогревают пластинку в электрической печи при непрерывной работе вакуумных насосов. Время диффузионного прогрева подбирается таким образом, чтобы атомы бора за это время успели продиффундировать внутрь пластинки лишь на часть ее толщины. Так как примесь бора к кремнию сообщает последнему дырочную проводимость, то в результате одна часть кремниевой пластинки будет обладать дырочной проводимостью, а вторая часть – электронной. На границе между одной и другой частями образуются р – n – переход и как следствие этого запорный слой. На обеих поверхностях кремниевой пластинки создаются специальным методом металлические электроды, один из которых – полупрозрачный. Затем пластинка помещается в оправку с двумя токовыми выводами. Отдельные фотоэлементы можно соединять друг с другом последовательно и параллельно, получая, таким образом, фотоэлектрическую (солнечную) батарею. Подобную солнечную батарею можно использовать в неэлектрифицированных районах для питания переносных радиоприемников и передатчиков, телефонных станций и т. п. Даже при уже существующем уровне полупроводниковой техники кремниевые фотоэлементы позволяют получать в ясный солнечный день до 50 вт электроэнергии с каждого квадратного метра поверхности фотоэлемента, т. е. имеют к. п. д. около 6%. Для правильной оценки возможностей фотоэлементов с запорным слоем достаточно напомнить, что паровые двигатели имеют к. п. д. порядка 6-8%. Кроме того, следует иметь в виду, что в отличие от других преобразователей энергии срок службы полупроводниковых фотоэлементов может быть весьма большим, а в некоторых случаях – практически безграничным.
___Монокристаллические солнечные батареи представляют собой силиконовые ячейки, объединенные между собой. Для их изготовления используют максимально чистый кремний, получаемый по методу Чохральского. После затвердевания готовый монокристалл разрезают на тонкие пластины толщиной 250-300 мкм, которые пронизывают сеткой из металлических электродов (рис. нарезка). Используемая технология является сравнительно дорогостоящей, поэтому и стоят монокристаллические батареи дороже, чем поликристаллические или аморфные. Выбирают данный вид солнечных батарей за высокий показатель КПД (порядка 17…22%). Разработка полимерного вида батарей началась сравнительно недавно. В качестве светопоглощающих материалов используются органические полупроводники, такие как полифенилен, углеродные фуллерены, фталоцианин меди и другие. Толщина пленок составляет 100 нм. Полимерные солнечные батареи имеют на сегодняшний день КПД всего 5-6%. Но их главными достоинствами считаются: низкая стоимость производства; легкость и доступность; отсутствие вредного воздействия на окружающую среду. Применяются полимерные батареи в областях, где наибольшее значение имеет механическая эластичность и экологичность утилизации.
___Фотоэлементы поликристаллической вида также производят из кремния, но по более простой и дешевой технологии. После нагревания до жидкого состояния, сырье медленно охлаждают, при этом образуются различные по форме кристаллы разной направленности. КПД не более 12 – 18%, это ниже чем у монокристаллов. Но важное преимущество этого вида пластин в том, что при облачности эффективность снижается незначительно. Кристаллы разной формы в структуре элементов заметны при внимательном рассмотрении. Пластины имеют насыщенный синий цвет. Эти изделия стоят немного дешевле, подходят для установки на жилых домах, в качестве дополнительного источника электрической или тепловой энергии. Пленочные кремниевые батареи производят не из кристаллов, а из силана или кремневодорода. Такая батарея эластична и может принимать любую форму. Производные кремния наносят тонким слоем на гибкую подложку. КПД аморфных батарей значительно ниже первых двух видов и составляет всего 5 – 6%, но при этом пленочные источники энергии отличаются хорошей производительностью при облачности. Этот вид солнечных батарей самый дешевый, и простой в монтаже. К тому же не требователен к очистке и может производить работу даже под слоем пыли.
___Солнечные батареи можно выпускать серийно с затратами в десять раз более низкими, чем это происходит сейчас. О проверке оригинальной технологии сообщила группа физиков и химиков, ведомая Брайаном Коргелем из университета Техаса в Остине. Чтобы уменьшить стоимость солнечных ячеек, исследователи совместили оптимальный полупроводниковый материал с более простой и недорогой технологией его обработки. Вместо традиционного осаждения состава из газовой фазы в вакуумной камере учёные разработали метод распыления на подложку краски, состоящей из армии фоточувствительных наночастиц. В роли воспринимающего свет состава был применён селенид меди-индия-галлия CIGS. Коргель и его коллеги разработали и отшлифовали метод синтеза частиц CIGS, которые по размеру в 10тысяч раз тоньше человеческого волоса. Взвесь таких частиц превращается в краску, которую легко нанести на основу будущей батареи при комнатной температуре. Если будет создан ещё и способ аналогичного распыления подложки и других необходимых батарее элементов , откроется путь к нанесению солнечных батарей прямо на крыши домов в виде нескольких слоёв краски. Из технологии производства солнечных батарей следует, что всё производство: от добычи сырья до сборки, должно иметь определенный уровень специализации. Но пока даже простая окраска готовой полимерной подложки демонстрирует путь получения недорогих солнечных преобразователей. Брайан и его коллеги изготовили несколько таких фотоэлектрических ячеек. Их КПД, увы, был невелик всего 1%, но американские учёные считают, что смогут поднять его до 10% оптимизацией технологии. В сочетании со стоимостью, в десять раз более скромной, чем у классических панелей, это откроет дорогу к коммерческому успеху новации. Технология может добраться до рынка в течение 35 лет, считает Коргель. Он также добавляет, что новые чернила полупрозрачны, что позволит поэкспериментировать и с созданием генерирующих ток оконных стёкол. К сожалению энергия солнца на сегодняшний день используется крайне редко. Хотя ее достаточно, чтобы полностью решить проблему горячей воды и частично отопления в любом регионе России. Солнечная энергия доступна и в Москве и в Санкт Петербурге, не говоря уже о южных регионах! Но солнечные установки на сегодняшний день не по карману обычному россиянину. Самая простая солнечная батарея для дома стоит 9000 рублей. Осознавая эту проблему группа инженеров создала специальную солнечную батарею которую можно собрать своими руками при небольшой себестоимости. Эта батарея получила не совсем поэтическое название SB-01. Но это не какая то там кустарщина. Это полноценный аналог заводской солнечной батареи, но адаптированный к изготовлению в домашних условиях.
___Основным достоинством солнечной батареи, как и солнечной энергетики вообще, является общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (Солнца). Теоретически признанная экологическая безопасность солнечных батарей увеличивает число потенциальных потребителей солнечной энергии, особенно среди поклонников «зеленых» технологий. Здесь нельзя не отметить, что в производстве фотоэлементов и в используемых для их производства материалах, а также в дополнительном оборудовании для солнечных электростанций (аккумуляторах) зачастую используются токсичные вещества. Солнечные батареи практически не изнашиваются, поскольку не содержат движущихся частей и крайне редко выходят из строя. Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик – 25 лет и более, что подтверждено многолетней практикой использования. Функционирование солнечных батарей не зависит от технических неполадок энергопоставщиков. Солнечным батареям не нужно топливо, что дает возможность не зависеть ни от цен на него, ни от проблем с транспортировкой. Кроме того, солнечные батареи бесшумны, чем выгодно отличаются от ветровых систем. Энергия, генерируемая солнечными батареями фактически является бесплатной (одно «но» – все это только после того, как в солнечную энергосистему уже были вложен начальный капитал и она окупилась). Одним из преимуществ фотоэлектрических систем является модульность. При увеличении энергопотребления и/или финансовых возможностей домовладелец, использующий солнечные батареи в качестве источника электроснабжения, может увеличивать мощность системы за счет добавления дополнительных фотоэлектрических модулей. Однако, несмотря на весомое количество достоинств, солнечные батареи чаще используют в качестве вспомогательного источника электроснабжения.
___Недостатки у солнечных батарей тоже очень существенны. Во-первых, солнечная энергетика не выдерживает конкуренции, когда дело доходит до серьезных объемов производства электроэнергии. Действительно, определенные виды энергий, например ядерная, могут быть гораздо более выгодными в финансовом отношении. Во-вторых, производство энергии может оказаться нерегулярным из-за погодных условий. В-третьих, для производства достаточного количества электроэнергии необходимо устанавливать большие площади солнечных батарей. Солнечная энергетика открыта уже довольно давно, но ее долго не рассматривали в качестве источника энергии из–за дороговизны. Развитие технологий привело к снижению цен, и солнечные панели стали серьезным конкурентом для традиционных источников энергии.
___ 
___________________________________________
P.S.
___Уважаемый читатель!!! Уверен, что эта интересная информация будет очень полезна для Вас, избавив от множества проблем в повседневной жизни. В знак благодарности, прошу Вас поощрить скромного автора незначительной суммой денег.
___Конечно, Вы можете этого и не делать. В то же время подмечено, что в жизни есть баланс. Если сделать кому-то добро, то оно вернётся к Вам через определённое время в несколько большем количестве. А если сделать человеку зло, то оно возвращается в очень скором времени и значительно большим.
___Предлагаю сделать свой посильный вклад (сумму можно менять):
___
____________________________________________
Запись опубликована в рубрике Повышение квалификации специалистов с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *