Полная версия

Главная arrow Техника arrow Бортовые источники и накопители энергии автотранспортных средств с тяговыми электроприводами

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

З. ТЯГОВЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ В СОСТАВЕ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕ

Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии

Работа солнечной батареи основана на фотогальваническом эффекте, открытом Александром Эдмондом Беккерелем в 1839 г. Он определил, что энергию Солнца можно трансформировать в электричество посредством специальных материалов-полупроводников, названых в дальнейшем фотоэлементами. Такой способ получения электричества является самым эффективным, так как подразумевает одноступенчатый переход энергии, в отличие от методов, включающих этап термодинамического преобразования — например, как в солнечных паровых машинах, где ток вырабатывается за счет расширения нагретого солнцем водяного пара, углекислого газа или других похожих термопоглошающих веществ.

Первый солнечный фотоэлемент был создан в 1883 г. Чарльзом Фриттсом из селена, покрытого золотом. Но такое сочетание материалов показало невысокие результаты — полупроводник преобразовывал в электричество меньше одного процента солнечного излучения.

Важный вклад в понимание механизма действия фотоэффекта в полупроводниках внес основатель Физико-технического института (ФТИ) Российской Академии наук академик А.Ф. Иоффе. Он мечтал о применении полупроводниковых фотоэлементов в солнечной энергетике уже в 1930-х гг., когда Г.Т. Коломиец и Ю.П. Маслаковец создали в ФТИ сернисто-таллиевые фотоэлементы с рекордным для того времени КПД = 1 %.

Первый солнечные элемент, нашедший практическое применение, был создан Чапеном, Фуллером и Пирсоном в 1954 г. на основе диффузионного кремниевого р-п-перехода. Впоследствии Рейнольдс и др. разработали солнечный элемент на сульфиде кадмия. Затем солнечные элементы были созданы на многих других полупроводниках с использованием различных конструкций прибора и применением монокристаллических и поликристаллических материалов и аморфных тонкопленочных структур. Исчерпывающий анализ основных характеристик солнечных элементов проведен Ховелом. Обзор основных важнейших работ по солнечным батареям за период до 1974 г. составлен Бекусом. Палфри и Джонстон составили обзоры по фотовольтаическим элементам, а в работе Бечмана обсуждаются проблемы выбора материала для солнечных батарей. Результаты последних исследований можно найти в сборниках конференций для специалистов по фотовольтаическим эффектам.

Промышленное использование солнечной энергии стало возможным только в 1953 г., когда в лаборатории компании Bell Telephone, для обеспечения телефонной станции электричеством, был разработан более чувствительный фотоэлемент на основе кремния. Этот материал и сегодня остается основным на рынке производства фотоэлементов.

Широкое практическое использование для энергетических целей солнечных батарей началось с запуском в 1958 г. искусственных спутников Земли — советского «Спутник-3» и американского «Авангард-1». С этого времени полупроводниковые солнечные батареи являются основным и почти единственным источником энергоснабжения космических аппаратов и больших орбитальных станций типа «Салют» и «Мир». Большой задел, наработанный учеными в области солнечных батарей космического назначения, позволил развернуть также работы по наземной фотоэлектрической энергетике.

Источником солнечного излучения служит термоядерная реакция. Каждую секунду примерно 6 • 1011 кг Н2 превращаются в гелий. Дефект массы при этом составляет 4000 кг, что приводит в соответствии с соотношением Эйнштейна Е = тс2 к выделению энергии, равной 4 • Ю20 Дж. Основная часть этой энергии испускается в виде электромагнитного излучения в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного (0,2—3 мкм). Полная масса Солнца в настоящее время составляет ~2 • Ю30 кг, что должно обеспечить его достаточно стабильное существование примерно с постоянным выделением энергии в течение свыше 10 млрд лет 116].

Интенсивность солнечного излучения в свободном пространстве на расстоянии, равном среднему расстоянию между Землей и Солнцем, называется солнечной радиацией. Ее величина составляет 1353 Вт/м2. При прохождении через атмосферу солнечный свет ослабляется в основном благодаря поглощению ультрафиолетового излучения озоном и рассеянию излучения находящимися в воздухе частицами пыли и аэрозолями. Показатель атмосферного влияния на интенсивность солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, определяется «воздушной массой». Величина последней равна секансу угла между Солнцем и зенитом.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>