Сонячні батареї

Вперше явище фотоефекту дослідив французький фізик Беккерель 1839 року, отримавши потік електронів при освітленні сонячним світлом пластини оксиду міді. Винахід був широко впроваджений у життя після відкриття напівпровідників. Як світлочутлива зона фотоелементів використовуються селен (Se), кристалічний кремній (Si), аморфний кремній (SiGe) тощо. Фотоефект утворюється, коли фотон (світловий промінь) падає на елемент із двох матеріалів з різним типом електричної провідності (дірчастий або електронний). Потрапивши в такий матеріал, фотон вибиває електрон з його комірки, утворюючи вільний від'ємний заряд і "дірку". В результаті рівновага так званого "р-n"-переходу порушується, і в колі виникає електричний струм. Будову і кремнієвого фотоелемента показано на рис. 1. Найближчими «родичами» сонячних фотоелементів є транзистори, світлодіоди та інші електронні пристрої.

Рисунок 1 – Схема кремнієвого елемента

Чутливість фотоелемента залежить від довжини хвилі па чого світла та прозорості верхнього шару елемента. В ясну погод кремнієві елементи виробляють електричний струм приблизно 0,5 В і 25 мА на 1 см2 або 12-13 мкВт/см . Найбільш поширені кремнієві фотоелементи. Вони бувають монокристалічні та полікристалічні. Різниця між цими матеріалами полягає в специфіці отримання початкових кремнієвих заготовок при їх вирощуванні з розплавів. Монокристал і ч на заготовка більш однорідна але дорожча. Полікристалічна - менш однорідна має нижчу вартість, що може бути вирішальним фактором, коли йдеться про виготовлення фотоелементів. Теоретична ефективність кремнієвих елементів становить приблизно 28%, а практична - від 14% до 16%.

Незважаючи на поширену хибну думку, насправді фотоелементи виробляють більше енергії при низьких температурах. Це пояснюється тим, що фотоелементи - це електронні пристрої й виробляють енергію від світла, а не від тепла, тобто працюють ефективніше в холоді, ніж при високих температурах. А взимку вони виробляють менше енергії лише за рахунок скорочення світлового дня, тому що кут падіння сонячного світла у цей період менший, а хмарність більша.

За допомогою послідовно-паралельних електричних сполучень сонячні елементи складають у сонячну (фотоелектричну) батарею в герметичному корпусі. Потужність сонячних батарей, що серійно випускаються промисловістю, становить 50-200 Вт. На сонячних фотоелектричних станціях сонячні батареї використовуються для складання фотоелектричних генераторів. На рис. 2 представлені склад та блок-схема сонячної фотоелектричної станції. Термін служби такої станції становить 20-30 років, експлуатаційні витрати мінімальні.

Рисунок 2 – Схема сонячної фотоелектричної установки

Сонячні фотоелектричні станції використовуються для живлення водопідйомних насосів, телекомунікаційних систем, катодного захисту трубопроводів, в домашніх господарствах тощо.

Україна і світова сонячна енергетика

Основні потужності (більше 60%), а за деякими оцінками більше 80%, у колишньому СРСР по виробництву кремнію були і залишаються в Україні. В Україні зосереджено 10% (десять відсотків!) світових! потужностей, відсоток завантаження яких на сьогоднішній день незначний. Це такі підприємства як: Донецький хіміко-металургійний завод; Запорізький титано-магнієвий комбінат; Світловодський завод чистих металів. Проте, багато тон кремнію щомісяця експортується, що не може не позначитися на рівні цін на цей матеріал, а як результат – практична відсутність економічної вигоди від експорту сировини по своїй природі енергоємкої, наукомісткої і дорогої.
Значення і перспективи реалізації проектів по організації виробництва сонячних батарей в Україні
В даний час у світі визнається один дефіцит – дефіцит енергії. Зростання добробуту країн, що розвиваються, а, отже, збільшення споживання енергії до рівня використання її в розвинутих країнах неминуче веде до зростання цін на традиційні копалини – нафту, газ, вугілля і до дуже швидкого виснаження наявних запасів.

Сонячна енергетика

Сонячна енергетика — використання сонячної енергії для отримання енергії в будь-якому зручному для її використання вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і в перспективі може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів.
На сьогодні сонячна енергетика широко застосовується у випадках, коли малодоступність інших джерел енергії в сукупності з достатньою кількістю сонячного випромінювання виправдовує її економічно.

Переваги:

• Зниження витрат на гаряче водопостачання і опалювання,
• Економія органічних видів палива (мазуту, нафти, газу).
• Скорочення викидів двоокису вуглецю,
• Підвищення якості і ринкової вартості об’єктів нерухомості.
• Загальнодоступність і невичерпність джерела.
• Теоретично, повна безпека для навколишнього середовища.

    Енергетика – галузь промисловості, сукупність природних та штучних підсистем, які слугують для розподілу та використання енергетичних ресурсів усіх видів. Завдання енергетики та її складових –  забезпечення виробництва енергії шляхом переробки первинної енергії палива у вторинну, наприклад теплову або електричну.

   Робота з енергією передбачає добування її з перщоджерела, перетворення та доставлення її до споживачів.
   Перші ТЕС з'явилися наприкінці XIX століття (у 1882 — у Нью-Йорку, 1883 — у Петербурзі, 1884 — у Берліні) і одержали переважне поширення. У середині 70-х років ХХ століття ТЕС — основний вид електричних станцій. Частка вироблюваної ними електроенергії складала: у Росії і США 80% (1975), у світі близько 76% (1973). Зараз близько 50% всієї електроенергії світу виробляється на теплових електростанціях.
   По кількості вироблюваної енергії на другому місці знаходяться гідравлічні електростанції (ГЕС). Вони роблять найбільш дешеву електроенергію, але мають досить велику собівартість будівлі. Саме ГЕС дозволили радянському уряду в перші десятиліття радянської влади зробити великий прорив у промисловості.
   Сучасні ГЕС дозволяють робити до 7 млн. квт енергії, що вдвічі перевищує показники діючих у даний час ТЕС і, поки, АЕС, однак розміщення ГЕС у Європі утруднено через дорожнечу землі і неможливості затоплення великих територій у даних регіонах. Важливим недоліком ГЕС є сезонність їхньої роботи, настільки незручна для промисловості.
   Перша у світі АЕС - Обнінська була пущена в 1954 році в Росії. Персонал 9 російських АЕС складає 40,6 тис. чоловік чи 4% від загального числа населення зайнятого в енергетиці. 11,8% чи 119,6 млрд. квт всієї електроенергії, виробленої в Росії і Україні вироблене на АЕС. Тільки на АЕС зростання виробництва електроенергії зберігається високим.
   Планувалося, що питома вага АЕС у виробництві електроенергії досягне в СРСР у 1990 р. 20%, фактично було досягнуто тільки 12,3%. Чорнобильська катастрофа викликала скорочення програми атомного будівництва, з 1986 р. в експлуатацію були введені тільки 4 енергоблоки. АЕС, що є найбільш сучасним видом електростанцій, мають ряд істотних переваг перед іншими видами електростанцій: при нормальних умовах функціонування вони абсолютно не забруднюють навколишнє середовище, не вимагають прив'язки до джерела сировини і відповідно можуть бути розміщені практично скрізь, нові енергоблоки мають потужність практично рівну потужності середньої ГЕС, однак коефіцієнт використання встановленої потужності на АЕС (80%) значно перевищує цей показник у ГЕС чи ТЕС.