Преобразования солнечной энергии в электрическу

Солнечная энергия может быть преобразована непосредственно в электрическую при помощи полупроводниковых элементов. Сейчас подобные системы — необходимая часть энергоснабжения всех космических кораблей. Создание земных установок для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую связано с определенными трудностями и экономически выгодно лишь в районах с благоприятным климатом. Рациональным является размещение станций на спутнике, обращающемся вокруг Земли (рис. 0-4) [228] в космосе, где наиболее эффективен процесс преобразования солнечной энергии, доступной почти 24 ч в сутки при удвоенной интенсивности излучения. Солнечные космические энергосистемы могли бы полностью обеспечить энергетические потребности в будущем, удовлетворитель- [c.8]

Рассмотрены системы преобразования солнечной энергии в электрическую, механическую, холод, тяговую работу летательного аппарата. Изложены вопросы теории и расчета элементов солнечно-энергетических и двигательных установок. Приведены методы проектирования и результаты исследования космических высокотемпературных солнечных установок в наземных условиях. [c.429]

Все рассмотренные выше системы преобразования солнечной энергии могут быть названы непрямыми системами преобразования, поскольку в них энергия солнечного излучения преобразуется в электрическую энергию в несколько стадий. На этих стадиях неизбежны потери энергии, в частности на трение. Однако существует возможность непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую без использования промежуточных стадий. Теоретически КПД таких систем может быть очень высоким. Этот процесс, называемый фотоэлектрическим преобразованием, а также другие технологии прямого преобразования некоторых видов энергии в электрическую энергию подробно рассмотрены в гл. 5.. [c.35]

Рис. 2.16. Схема преобразования солнечной энергии в электрическую с аккумулированием энергии

В гл. 6 рассматриваются более подробно вопросы использования солнечной энергии для получения теплоты. В данной главе остановимся только на системах, предназначенных для преобразования солнечной энергии в электрическую. Начнем поэтому с рассмотрения тех характеристик, которые являются наиболее важными при этих процессах, прежде всего— спектр солнечного излучения. На рис. 5.6 показано, как распределена по длинам волн энергия солнечного излучения, падающего в единицу времени на единицу поверхности и приходящегося на единичный интервал длин волн. Спектр, измеренный на верхней границе земной атмосферы, очень хорошо совпадает со спектром излучения абсолютно черного тела при температуре 6000 К. Абсолютно черным телом называется физическое тело, которое излучает энергию во всем спектре и поглощает все падающее на него излучение независимо от длин волн. Таких тел в природе не существует, но существуют тела с очень близкими свойствами. Понятие абсолютно черного тела играет важную роль в физике. Так, решая задачу о распределении излучения абсолютно черного тела по длинам волн, Макс Планк впервые сформулировал принципы квантовой механики. В распределении солнечного излучения по длинам волн, измеренном вблизи поверхности Земли, имеются большие провалы, обусловленные поглощением излучения на отдельных частотах или в отдельных интервалах частот атмосферными газами — кислородом, озоном, двуокисью углерода — и парами воды. [c.95]

Большое количество солнечных дней наблюдается на юго-западе США. Даже при КПД преобразования солнечной энергии в электрическую, равном всего лишь 10%, коллекторы, занимающие 15 % территории штата Аризона, могли бы полностью обеспечить потребность страны в электроэнергии. Разуме- [c.145]

Читатель-физик может пренебрежительно сказать "все это химия". Да, это химия, но также и физика полупроводников — в превращениях молекул участвуют электроны и дырки твердого тела. Реакции фотодиссоциации молекул Н2О и СО2 представляют особый интерес для солнечной энергетики. Помимо прямого преобразования солнечной энергии в электрическую, сейчас начинают использоваться химические преобразователи, в которых излучение необходимо для диссоциации молекул Н2О на Нг (идеальное топливо) и От (количество которого в атмосфере, увы, уменьшается). Напомним, что в естественном фотосинтезе главными участниками являются те же частицы — Н2О, Н, Н и СО2. Поверхность полупроводника является прекрасной ареной, на которой в модельных условиях можно исследовать отдельные электронные и молекулярные стадии этого еще далеко не разгаданного феномена природы. [c.265]

Поскольку полет к Меркурию сопровождается приближением к Солнцу, можно использовать преобразование солнечной энергии в электрическую для сообщения космическому аппарату малой тяги на межпланетном участке полета. Это позволяет вывести на орбиту спутника Меркурия большее количество научной аппаратуры, чем при импульсном полете, но приводит к увеличению продолжительности перелета. [c.399]

Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных батарей, тепловых машин и т. д. позволяет получать энергию в течение всего срока полезной жизни аппаратуры. Вес системы питания определяется здесь весом преобразовательных устройств. Имеющиеся в настоящее время солнечные батареи обладают удельной мощностью 1 вт/фунт [2]. Однако из-за действия микрометеоров и жесткого космического излучения срок службы оборудования ограничен временем не более 10 лет. Кроме того, выработка энергии зависит от расстояния до Солнца (на расстоянии 10 миль плотность потока энергии составляет 1 квт /м ). Мощность на единицу площади уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Следовательно, мощность, падающая на единицу площади, будет уменьшаться при движении космического корабля к Марсу и далее. [c.610]

Солнечные преобразователи энергии. Свободнопоршневой двигатель, соединенный с генератором, является одним из возможных механических преобразователей для крупномасштабной электроэнергетической системы, состоящей из большого числа относительно малых блоков мощностью 20 кВт, установленных в фокусе параболического солнечного концентратора. Предварительные исследования показывают, что возможное максимальное значение КПД такой системы равно примерно 30 % (при применении уже проверенных элементов конструкции). Для систем преобразования солнечной энергии в электрическую высокий КПД является важным показателем, так как основную часть их стоимости определяют концентраторы, по сравнению с которыми стоимость двигателя и генератора составляет лишь незначительную долю. Массовое производство и применение таких двигателей могут дать существенную экономию электроэнергии. [c.227]

В случае преобразования солнечной энергии в электрическую в системах может быть использовано аналогичное сочетание свободнопоршневого двигателя Стирлинга, линейного электрогенератора переменного тока, поглотителя и солнечного концентратора (рис. 17.6) [261]. [c.366]

Необходимо располагать неисчерпаемым дешевым и возобновляемым источником энергии, не загрязняющим окружающую среду. Таким источником является Солнце. Поток солнечного излучения составляет около 3,8Х X10 Вт и представлен всем спектром электромагнитных волн. Однако основная его масса приходится на ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную части спектра. Энергетическая освещенность земной атмосферы составляет примерно 1,4 кBт/м , а поверхности Земли-— около 1 Вт/м . Пока не существует экономичного способа преобразования этой энергии в электрическую в настоящее время проходят испытания несколько маломасштабных установок для отработки такой технологии преобразования. [c.34]

Пример. В связи с развитием метода прямого преобразования тепловой (солнечной) энергии в электрическую большую актуальность приобрели вопросы оптимального решения проблемы отвода тепла излучением от нижнего источника энергии. В ряде работ показано [67], что наиболее целесообразно эта задача решается с помощью [c.169]

Рассмотрим физическую сущность процессов преобразования солнечной энергии в теплоту и работу, а также состояние работ по производству электрической энергии, поскольку это наиболее полно характеризует современный уровень развития гелиотехники. [c.16]

Одним из самых изящных решений в этой области является использование в качестве датчика яркости пламени миниатюрного элемента солнечной батареи из тех, что применяются на искусственных спутниках Земли для преобразования лучистой солнечной энергии в электрический ток питания аппаратуры. Дело в том, что подобный элемент хорошо улавливает и преобразует в колебания электрического тока не только низкочастотные пульсации, видимые глазу, но и сравнительно высокочастотные, вплоть до десятков килогерц (т. е. даже в звуковом и ультразвуковом диапазонах). А эти последние едва ли не в большей степени определяют наилучший режим горения, чем колебания на низких частотах. [c.26]

Фотоэлементы с фотогальваническим эффектом, или полупроводниковые фотоэлементы, широко применяют в схемах автоматики, фотоэкспонометрах и для непосредственного преобразования световой энергии в электрическую (солнечные батареи). [c.45]

Устройства для технологического использования солнечной энергии в земных условиях имеют до сих пор сугубо экспериментальный характер, так как они требуют непрерывного слежения за перемещающимся относительно Земли Солнцем и зависят от состояния атмосферы. Вместе с тем возможности использования даровой солнечной энергии, падающей на земную поверхность (в среднем около 400 Bт/м ), стимулируют развитие различных способов ее преобразования в другие виды энергии (прежде всего тепловую и электрическую). [c.115]

Фотоэлемент солнечный — полупроводниковый фотоэлемент, предназначенный для преобразования энергии солнечных лучей в электрическую энергию, т. е. работающий в генераторном режиме. [c.164]

Предстоит также решить проблему использования новых источников энергии и изыскать способы прямого преобразования тепловой, ядерной, солнечной и химической энергии в электрическую. [c.13]

Специалисты полагают, что удешевление фотоэлементов за счет перехода к аморфному кремнию вместо монокристалличе-ского сделает метод прямого преобразования солнечной энергии в электрическую конкурентноспособным по сравнению с другими методами получения энергии. Подробное описание солнечных батарей на аморфном кремнии дано в i[68]. В настоящее время наиболее перспективным материалом считается определенным образом приготовленный аморфный сплав кремния с водородом, фотогаль-ванический эффект в котором был открыт в 1974 г. К 1978 г. КПД солнечных батарей на этом материале достиг 6%. Эта величина в 3—4 раза меньше достигнутой на кристаллических Si и GaAs, однако в последних максимальные значения КПД были получены через 20 лет после открытия соответствующего эффекта. Это подтверждает несомненную перспективность аморфных материалов для использования в солнечных батареях. Для успешной реализации этих батарей необходимо выполнение ряда условий, таких, как большой коэффициент оптического поглощения (в широкой области спектра), эффективный сбор носителей электричества на обеих сторонах полупроводникового материала (пленки), достаточно большой внутренний потенциал, определяющий ЭДС элемента. Эти условия определяются оптическими и электрическими свойствами аморфных полупроводников и в конечном счете энергетическим спектром электронов. Поэтому далее мы перечислим некоторые характерные свойства этих материалов, достаточно тесно связанные с картиной распределения состояний электронов по энергетическим зонам. [c.284]

Проблема обеспечения возрастающих потребностей в электроэнергии намного облегчилась бы, если бы стало возможным эффективное прямое преобразование солнечной энергии в электрическую. Такое преобразование может осуществляться и уже осуществляется, но его КПД очень низкий и получаемая при таком КПД энергия служ]1т лишь незначительным добавлением к основному количеству энергии, производимой с помощью органического топлива, геофизических источников и ядерных реакторов деления. Однако возможности снабжения от этих источников энергии могут оказаться ограниченными. [c.19]

Так, видный ученый США в области атомной энергии П. Глейзер в последние годы занимается созданием орбитальной станции, работающей на солнечной энергии. Для преобразования солнечной энергии в электрическую в США создан спутник.,/. .....+ г, V [c.323]

Трудности в развитии солнечной энергетики обусловлены двумя факторами, которые отсутствуют при использовании традиционных видов топлива. Во-первых, это малая энергетическая (Плотность солнечного излуче- Ния, в результате чего разработки в области солнечной энергетики велись применительно к районам с малой стоимостью земли. Во-вторых— это переменная интенсивность радиации, что создает трудности при преобразовании солнечной энергии в электрическую. Ценность солнечной электроэнергии во много1м -определяется характеристиками конкретных энергосистем и графиков их нагрузки. Ожидается, что солнечные электроустановки будут наиболее эффективными в покрытии пиковых и полупиковых частей графиков нагрузки, особенно в летний период. Стоимость солнечных электроустановок для работы в базисной части графика нагрузки принципиально больше, чем для работы впо-лупиковом режиме, и как следствие при сопоставлении электроэнергии от мазутных и [c.88]

Для преобразования солнечной энергии в электрическую известны три основных метода. Во-первых, это применяемый на спутниках фотоэлектрический метод прямого преобразования света в электричество при низком напряжении при помощи дорогих и сравнительно малоэффективных солнечных элементов, стоимость которых в 1973 г. оценивалась примерно в 20 долл. США на 1 Вт. Упрощенные более дещевые модели используют для зарядки аккумуляторов на буровых установках на шельфе и т. д. Во-вторых, используется тепловой метод, при котором применяют различные типы коллекторов плоские, вогнутые, желобообразные, цилиндрические или параболические с механизмами для их перемещения или без них со специальными чувствительными покрытиями или без них. В коллекторах солнечная энергия нагревает промежуточный энергоноситель, которым обычно является вода, а в некоторых схемах жидкий натрий (см. ниже). Третий метод наиболее далек от воплощения он предусматривает сооружение солнечных станций на спутниках Земли с передачей энергии при помощи микроволн на наземные приемные станции. [c.216]

В солнечных батареях происходит прямое преобразование солнечной энергии в электрическую. Это реализуется с помощью перехода электронов из заполненной зоны в зону проводимости под действием кванта света, падающего на р-п переход. Известно, что к. п. д. таких батарей теоретически достигает 22%, но в современных приборах па основе кремния к. п. д. получается равным не более 12%. В настоящее время солнечные батареи изготавливают обычно введением путем диффузии трехвалентного элемента, например такого, как бор, в поверхностный слой (толщиной 0,002 мм) монокристалли-ческой пластиики кремния. При этом используют электронный кремний с удельным сопротивлением порядка [c.382]

Большую группу составляют полупроводниковые приборы, использующие фотоэлектрические явления в полупроводниках. К ним относятся вентильные фотоэлементы и фотодиоды — приборы, в которых использовано явление генерации э. д. с. в р—и-переходе под действпе.м света. Вентильные элементы используют в фотографии и кинематографии, для преобразования солнечной энергии в электрическую, а фотодиоды, в которых под действием света происходит резкое возрастание тока, применяют в схемах считывания информации с перфорированной ленты в электронно-счетных машинах. [c.249]

Известны методы термодинамического преобразования солнечной энергии в электрическую, основанные на использовании циклов тепловых двигателей, термоэлектрического и термоэмиссионного процессов, а также прямые методы фотоэлектрического, фотогальваническо-го и фотоэмиссионного преобразований. Наибольшее практическое применение получили фотоэлектрические преобразователи и системы термодинамического преобразования с применением тепловых двигателей. [c.16]

Есть все основания полагать, что для достижения этой цели потребуется не так уж много времени. Наш оптимизм базируется на новейших достижениях в области разработки высокоэффективных солнечных элементов. Так, в 1989 г. фирмой Боинг (г. Сиэтл, США) создан двухслойный элемент, состоящий из двух полупроводников — арсенида и антимонида галлия — с коэффициентом преобразования солнечной энергии в электрическую, равным 37 %. В обычных кремниевых элементах инфракрасное излучение не используется, в то время как в новом элементе в первом прозрачном слое (арсенид галлия) поглощается и преобразуется в электричество видимый свет, а инфракрасная часть спектра, проходя через этот слой, поглощается и преобразуется в электричество во втором слое (антимонид галлия),в итоге КПД составляет 28 %-1-9 % =37 %, что вполне сопоставимое КПД современных тепловых и атомных электростанций. По прогнозу через 3 года эти солнечные элементы найдут применение в космосе, а в течение 10 лет их стоимость снизится настолько, что станет вполне экономически обоснованным их применение в наземных системах, при этом себестоимость вырабатываемой энергии составит 0,1 долл/(кВт-ч). [c.21]

Земли лишь вблизи равноденствий (вследствие несовпадения плоскостей экватора и эклиптики) на 72 мин за одни сутки (в это время на наземной станции ночь и потребление энергии невелико). И никаких облачностей Микроволновый луч может быть направлен в любую точку почги целого полушария, а наиболее выгодные места создания наземных СЭС далеки от потребителей. Преобразование солнечной энергии в электрическую может производиться с помощью фотоэлементов (большинство проектов) или с помощью теплового двигателя, использующего систему зеркал для нагрева газообразного рабочего тела, например гелия. Масса орбитальной СЭС должна составлять несколько тысяч тонн, а ее размеры измеряться, возможно, десятками километров (если мала ширина), передающая антенна может иметь 1 км в диаметре. Слишком большая мощность СЭС на орбите невозможна некуда девать избыточное тепло. [c.169]

Фотоэлектрический (или фотовольтаический) метод преобразования солнечной энергии в электрическую является в настоящее время наиболее разработанным в научном и практическом плане. Впервые на перспективу его использования в крупномасштабной энергетике обратил внимание еще в 30-е годы один из основателей советской физической школы академик А. Ф. Иоффе. Однако в то время КПД солнечных элементов не превышал 1%. В последующие десятилетия благодаря значительному объему исследований в области физики и технологии этот показатель увеличился до 20-25%. [c.107]

Сейчас свыше 30 стран мира используют процесс прямого преобразования солнечной энергии в электрическую для различных целей. Суммарная мощность произведенных во всем мире солнеадых фотоэлектрических преобразователей (СФЭП) или солнечных батарей составила в 1990 г. - 51 МВт, в том числе США - 35%, Япония - 34%, Европа - 19%, другие - 12%. [c.11]

Фотоэлектрическое, преобразо.ваН ие солнечной энергии (обзор).— Инф. бюлл. Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую и Т01плианые элементы , 19 72, вып. 4 ( 1117), с. (] 16— 163. [c.251]

Наиболее подходящим направлением пре- образования солнечной энергин в полезную работу является ее использование для замещения органического топлива при получении теплоты в парогенераторе. Однако, как и при применении органического топлива, КПД преобразования ограничивается диапазоном температуры рабочего тела, в данном случае — пара. Поскольку создание и эксплуатация очень крупных коллекторных систем для концентрации солнечных лучей является делом сложным, в настоящее время в таких системах удается получить пар, как правило, с относительно небольшой температурой. Как следствие, КПД преобразования солнечной энергии в электроэнергию в таких установках может составлять около 10%. Чтобы получить I ГВт электрической мощности, потребовалось бы 10 ГВт мощности солнечного излучения. [c.34]

На территории США коммерческие леса занимают 2-10 = м ежегодно они улавливают солнечную энергию в количестве 5,8-Ю Дж/м Коэффициент преобразования солнечной энергии в энергию биомассы около 0,5 %, энергии биомассы в энергию метанола — примерно 10 %, а энергии метанола п электрическую энергию— 30%. Если период естественного нозо51Ювлення лесов — 50 лот, чему равна (п происнтах) доля электроэнергии, производимо на электросташтях, топливом для которых служит метанол, производимый иа базе древесины [c.158]

Вентильные фотоэлементы. Возникновение в освещенном р—н-переходефото-э.д. с., а во внешней цепи электрического тока позволяет с помощью фотоэлементов осуществлять прямое преобразование световой энергии в электрическую. Этот принцип лежит в основе устройства солнечных батарей, используем >1х для питания космической и бортовой радиоаппаратуры и в наземных энергетических установках. Мощность, которую можно снять с фотоэлемента, равна [c.330]

Фотоэлементы на р—п-переходах или гетеропереходах используются как высокочувствит. малоинерционные приёмники излучения, а также для прямого преобразования световой энергии в электрическую (см, Солнечная батарея). При регистрации излучения фотоэлемент непосредственно замыкается на внеш. нагрузку либо последовательно с нагрузкой включается внеш. источник, создающий на р—п-переходе значит, смещение в запорном направлении. Это даёт возможность существенно повысить чувствительность прибора. [c.342]

Кристаллический сульфид кадмия высокой степени чистоты применяется в фотогальваннческих элементах, приборах для обнаружения излучения, при изготовлении окон, пропускающих инфракрасное излучение, и в фотоэлементах. Описано [44] получение этих кристаллов высокой степени чистоты. Представляет интерес также его применение в солнечных батареях для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Изготовлены экспериментальные устройства, которые более эффективны, чем другие устройства. [c.276]

Солнечные батареи. Солнечные батареи следует рассматривать как фотогальванические элементы, предназначенные для максимального преобразования солнечного излучения в электрическую энергию независимо от избирательной чувствительности, необходимой дли фотпалемснтов, применяемых в фотографии. [c.657]

Ронклоув П. Состояние разработки солнечных термоэлектрических систем.— Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую и топливные элементы . Информ. бюл. М., Изд-во АН СССР, 1966, вып. 9, с. 87. [c.258]

В настоящее время жидкие металлы широко используются в качестве теплоносителей в атомных реакторах и рабочих тел в МГД-преобразователях. Исключительные перспективы практического применения имеют жидкие полупроводники, открытые А. Р. Регелем. Их возможности определяются большим температурным диапазоном устойчивости и отличным сочетанием термоэлектрических характеристик, что делает их практически незаменимыми при решении проблемы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с использованием таких источников, как атомная и солнечная энергия. В этой связи мы считаем полезным издание обобщающих работ по структуре и свойствам жидких металлов и сплавов, содержащих как обзор экспериментальных результатов, так и полезные теоретические обобщения и выводы. С этой точки зрения несомненно целесообразен перевод в качестве отдельной книги обзора известного металлофизика Вилсона (Metallurgi al Rev., 1965, № 40, p. 381—590). [c.8]

Из солнечной энергии методом термодинамического преобразования можно получать электричество практически так же, как и из других источников. Однако солнечное излучение, падающее на Землю, обладает рядом характерных особенностей низкой плотностью потока энергии, суточной и сезонной цикличностью, зависимостью от погодных условий. Поэтому при термодинамическом преобразовании этой энергии в электрическую следует стремиться к тому, чтобы изменения тепловых режимов не вносили серьезных ограничений в работу системы и не вoзникaJЮ затруднений, связанных с ее использованием. Желательно также, чтобы система допускала изменение производства электроэнергии во времени в соответствии с необходимостью потребления. Следовательно, подобная система должна иметь аккумулирующее устройство для исключения случайных колебаний режимов эксплуатации или обеспечения несбходимо-го измеиения производства энергии во времени. При проектировании солнечных энергетических станций важно правильно оценивать метеорологические факторы. Часто место постройки выбирается исходя лишь из одного критерия годового числа часов солнечного сияния, при этом нередко пренебрегают другим фактором - облачностью. [c.90]

Наряду с установками башенного типа могут применяться автономные СЭУ, в которых нагреватель рабочего тела теплового двигателя, преобразующего тепловую энергию, например, в электрическую размещается в фокальной плоскости отражательной зеркальной параболической поверхности большого диаметра (10—100 м), и несколько таких установок работают на общую электрическую сеть. Такой способ преобразования солнечной энергии пригоден для электрических сетей общей мощностью до 10 МВт. [c.216]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...