Минобрнауки России

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра «Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Солнечная энергетика

по дисциплине «Теоретические основы нетрадиционной и возобновляемой энергетики»

Выполнил

студент гр.5013/1 Новицкий Д.Е.

Руководитель Дюльдин М.В.

«___» __________ 201__ г.

Санкт-Петербург

2012

1. Оглавление

1 Оглавление 2

2 Введение в солнечную энергетику 3

3 Солнечные батареи 4

3.1 Классификация солнечных батарей: 4

3.2 Классификация солнечных коллекторов 7

3.2.1 Плоские 7

3.2.2 Вакуумные 7

3.2.3 Коллекторы-концентраторы 7

4 Преимущества и недостатки использования солнечной энергии 9

4.1 Преимущества использования солнечных батарей 9

4.2 Недостатки использования солнечных батарей 10

5 Перспективы развития 11

6 Список литературы 13

2. Введение в солнечную энергетику

Солнечная энергетика— направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии

Способы получения: Преобразование энергии в фотоэлементах основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Неоднородность структуры фотоэлементов может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной (запрещённой зоны) - энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур) . Возможны также различные комбинации перечисленных способов. Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств фотоэлементов , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта полупроводниках при облучении их солнечным светом.

Солнечная батарея— бытовой термин, используемый в разговорной речи или ненаучной прессе. Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток [1].

3. Солнечные батареи

   1. Классификация солнечных батарей:

Существует много типов солнечных батарей, предоставим одну из основных классификаций:

• ФЭП– фотоэлектрические преобразователи (Рис. 5.1)

• ГЕЭС– гелиоэлектростанции (Рис. 5.2);

• СК— солнечные коллекторы (Рис. 5.3)

Рис. 5.1

Фотоэлектрический преобразовательпредставляют собой полупроводниковое устройство по преобразованию солнечной энергии непосредственно в электричество. Несколько соединенных между собой преобразователей образуют солнечную батарею.

Принцип работы ФЭП основан на фотовольтаическомэффекте, т.е. возникновение электрического тока при воздействии солнечного излучения на неоднородную полупроводниковую структуру. Неоднородность структуры достигается несколькими путями.

Первый способ– легирование полупроводника различными примесями, вследствие чего образуются несколько p-n переходов.

Второй способ– соединение разных полупроводников, которые имеют разную ширину запрещенной зоны, т.е. энергию отрыва из атома электрона. При этом создаются гетеропереходы.

Третий способ– изменения химического состава полупроводника, что приводит к созданию градиента ширины запрещенной зоны, варизонных структур иначе.

Более того возможны комбинации перечисленных выше способов, что позволяет добиться большей эффективности преобразователя, которая зависит от электрофизических характеристик полупроводниковой структуры и оптических свойств преобразователя. Важным фактором, определяющим оптические свойства, является фотопроводимость, которая обуславливается явлением внутреннего фотоэффекта, возникающего при облучении полупроводника солнечным светом. Руководствуясь этими физическими свойствами на заводах изготавливают солнечные батареи , которые используются во многих отраслях промышленности.

Рис. 5.2

Гелио электростанция– это солнечная установка, которая использует концентрированную солнечную энергию для приведения в действие различных машин: паровых, газотурбинных, термоэлектрических и т.п. Практическое применение гелиоэлектростанций достаточно разнообразно: выработка электроэнергии, отопление, опреснение морской воды.

Процесс концентрации солнечной энергии осуществляется в специальных концентраторах, в которых используется принцип обычной линзы. В промышленности вместо линз используют вогнутое зеркало, т.к. линзы достаточно тяжелы и имеют высокую стоимость. Такие зеркала являются основным элементом гелиоконцентратора, который собирает параллельные солнечные лучи. Как только в фокусе зеркала размещается труба с водой, она начинает нагреваться. Зеркало выполняют либо из обычного стекла, либо из полированного алюминия.

Применение зеркал, по сравнению с линзами, световодами и подобными устройствами, является наиболее эффективным, т.к. позволяет получить наиболее высокий уровень мощности солнечного излучения. Наиболее эффективно применение гелиоэлектростанций в тропических широтах. Средняя полоса также позволяет применять этот принцип преобразования энергии.

Рис. 5.3

Cолнечный коллектор представляет собой низкотемпературную нагревательную установку, которая используется для автономного горячего водоснабжения как жилых, так и производственных помещений. Солнечный коллектор – наиболее используемый тип преобразователей солнечной энергии. Они выполняют широкий спектр работ по преобразованию энергии. При помощи солнечных коллекторов добывают из колодцев воду, подогревают пищу, иссушивают фрукты и овощи, замораживают продукты и т.п.

Главное преимущество солнечного коллектора – высокое значение КПД. Мощность коллектора определяется его полезной площадью. Солнечные коллекторы могут нагреть воду до температуры 100-200 градусов (в зависимости от вида солнечных батарей).