Способи отримання електрики і тепла з сонячного випромінювання

1. Отримання електро енергії за допомогою фотоелементів.

2. Перетворення сонячної енергії в електрику за допомогою теплових машин:

3. парові машини (поршневі або турбінні), які використовують водяну пару, вуглекислий газ, пропан-бутан, фреони;

4. двигун Стірлінга і т. д.

5. геліотермальних енергетика - Нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені, і подальший розподіл і використання тепла (фокусування сонячного випромінювання на посудині з водою для подальшого використання нагрітої води в опаленні або в парових електрогенераторах).

6. Термоповітряні електростанції (перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, направляється на турбогенератор).

7. Сонячні аеростатні електростанції (генерація водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагріву сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої селективно-поглинаючим покриттям). Перевага - запасу пари в балоні достатньо для роботи електростанції в темний час доби і в негоду. [10]

Фотоелемент - електронний прилад, який перетворює енергію фотонів в електричну енергію. Перший фотоелемент, заснований на зовнішньому фотоефекті, створив Олександр Столєтов в Наприкінці XIX століття.

Фотоелемент на основі полікристалічного кремнію Фізичний принцип роботи фотоелемента

еретворення енергії в ФЕП засновано на фотоелектричні ефекті, який виникає в неоднорідних напівпровідникових структурах при впливі на них сонячного випромінювання.

Неоднорідність структури ФЕП може бути отримана легуванням одного і того ж напівпровідника різними домішками (створення pn переходів) або шляхом з'єднання різних напівпровідників з неоднаковою шириною забороненої зони - енергії відриву електрона з атома (створення гетеропереходів), або ж за рахунок зміни хімічного складу напівпровідника, що приводить до появи градієнта ширини забороненої зони (створення варізонних структур). Можливі також різні комбінації перерахованих способів.

Ефективність перетворення залежить від електрофізичних характеристик неоднорідною напівпровідникової структури, а також оптичних властивостей ФЕП, серед яких найбільш важливу роль грає фотопровідність. Вона обумовлена ​​явищами внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках при опроміненні їх сонячним світлом.

Основні незворотні втрати енергії в ФЕП пов'язані з:

• відображенням сонячного випромінювання від поверхні перетворювача,

• проходженням частини випромінювання через ФЕП без поглинання в ньому,

• розсіюванням на теплових коливаннях гратки надлишкової енергії фотонів,

• рекомбінацією утворилися фото-пар на поверхнях і в обсязі ФЕП,

• внутрішнім опором перетворювача,і деякими іншими фізичними процесами.

Для зменшення всіх видів втрат енергії в ФЕП розробляються, і успішно застосовується різні заходи. До їх числа належать:

• використання напівпровідників з оптимальною для сонячного випромінювання шириною забороненої зони;

• спрямоване поліпшення властивостей напівпровідникової структури шляхом її оптимального легування і створення вбудованих електричних полів;

• перехід від гомогенних до гетерогенним і варізонних напівпровідникових структур;

• оптимізація конструктивних параметрів ФЕП (глибини залягання pn переходу, товщини базового шару, частоти контактної сітки тощо);

• застосування багатофункціональних оптичних покриттів, що забезпечують просвітлення, терморегулювання і захист ФЕП від космічної радіації;

• розробка ФЕП, прозорих в довгохвильовій області сонячного спектра за краєм основної смуги поглинання;

• створення каскадних ФЕП із спеціально підібраних по ширині забороненої зони напівпровідників, що дозволяють перетворювати в кожному каскаді випромінювання, пройшло через попередній каскад, і пр.;

Також істотного підвищення ККД ФЕП вдалося домогтися за рахунок створення перетворювачів з двостороннім чутливістю (до +80% до вже наявному ККД одного боку), застосування люмінесцентно перєїзлучать структур, попереднього розкладання сонячного спектра на дві або більше спектральні області за допомогою багатошарових плівкових светоделітель (Дихроїчних дзеркал) з наступним перетворенням кожної ділянки спектру окремим ФЕП і т. д. [13]

Фотоелектричний ефект - явище випускання електронів речовиною під дією світла. Було відкрито в 1887 Г.Герцем, виявив, що іскровий розряд в повітряному проміжку легше виникає при наявності поблизу іншого іскрового розряду. Герц експериментально показав, що це пов'язано з ультрафіолетовим випромінюванням другого розряду. У 1889 Дж.Томсон і Ф.Ленард встановили, що при висвітленні поверхні металу в відкачати посудині вона випускає електрони. Продовжуючи ці дослідження, Ленард продемонстрував в 1902, що число електронів, що вилітають в 1 с з поверхні металу, пропорційно інтенсивності світла, тоді як їх енергія залежить лише від світлової довжини хвилі, тобто кольору. Обидва ці факти суперечили висновкам теорії Максвелла про механізм випускання і поглинання світла. Відповідно до цієї теорії, інтенсивність світла служить мірою його енергії і, звичайно, повинна впливати на енергію випускаються електронів. [14]

При певних умов фотоефект можливий у газах і атомних ядрах, з яких фотони з досить високою енергією можуть вибивати протони і народжувати мезони. Фотоелектричні властивості поверхні металу широко використовуються для управління електричним струмом за допомогою світлового пучка, при відтворенні звуку зі звукової доріжки кіноплівки, а також у численних приладах контролю, рахунки і сортування. Фотоелементи знаходять застосування також у світлотехніці. [15]

Фотоелектричні установки. [16]

Модулі сонячні (Фотоелектричні) [17]