Использование солнечной энергии.

На настоящий момент создано немало изобретений, способных преобразовывать солнечную энергию в другие виды энергии.

1. . Использование фотоэлементов (тонкоплёночных, кремниевых монокристаллических и поликристаллических). Большое внимание в настоящее время уделяется именно тонкоплёночным, так как они более экономичны и удобны, но пока ещё малоэффективны. Крупнейшие производители фотоэлементов First Solar, Suntech, Sharp, Q-Cells, Yingli, JA Solar, Kyocera, Trina Solar, SunPower, Gintech.

Принцип работы фотоэлементов из которых состоит солнечная батарея основан на фотогальваническом эффекте. Этот эффект наблюдал еще Александр Эдмонд Беккерель в 1839 году. Впоследствии работы Эйнштейна в области фотоэффекта позволили описать явление количественно. Опыты Беккереля показали, что лучистую энергию солнца можно трансформировать в электричество с помощью специальных полупроводников, которые позже получили название фотоэлементы.

Фотоэлемент на основе полупроводников состоит из двух слоев с разной проводимостью. К слоям с разных сторон подпаиваются контакты, которые используются для подключения к внешней цепи. Роль катода играет слой с n-проводимостью (электронная проводимость), роль анода — p-слой (дырочная проводимость). Ток в n-слоя создается движение электронов, которые «выбиваются» при попадании на них света за счет фотоэффекта. Ток в p-слое создается «движением дырок». «Дырка» — атом, который потерял электрон, соответственно, перескакивание электронов с «дырки» на «дырку» создает «движение» дырок, хотя в пространстве сами «дырки» конечно не двигаются. На стыке слоев с n- и p-проводимостью создается p-n-переход. Получается своего рода диод, которые может создавать разность потенциалов за счет попадание лучей света. Когда лучи света попадают на n-слой, за счет фотоэффекта образуются свободные электроны. Кроме этого, они получают дополнительную энергию и способны «перепрыгнуть» через потенциальный барьер p-n-перехода. Концентрация электронов и дырок изменяется и образуется разность потенциалов. Если замкнуть внешнюю цепь через нее начнет течь ток. Разность потенциалов (а соответственно и ЭДС), которую может создавать фотоэлемент з,ависит от многих факторов: интенсивности солнечного излучения, площади фотоэлемента, КПД конструкции, температуры (при нагревании проводимость падает).

2. . Применение паровых машин поршневого или турбинного типа — тепловых двигателей внешнего сгорания, благодаря которым энергия пара приводит к возвратно-поступательному движению поршня и, как следствие, к вращению вала. Важной особенностью паровых машин является возможность применять для превращения в механическую работу любых источников тепла

3. С помощью двигателя Стирлинга – вида двигателя внешнего сгорания, в котором в замкнутом объёме движется газообразное или жидкое тело и благодаря циклическому нагреву и охлаждению этого тела получается энергия. Очень эффективны насосы, работающие по принципу двигателя Стирлинга. Устройство насоса позволяет вместо рабочего поршня применять жидкость, способствующую одновременному охлаждению рабочего тела. Поэтому с применением энергии солнца такой насос может использоваться в ирригационных системах для накачки воды. В масштабах дома – для перемещения от солнечного коллектора горячей воды в трубопровод или для отопления дома. В химической промышленности благодаря своей герметичности может применяться для перекачки химических реагентов. Закреплённый в фокусе огромного зеркала в форме спутниковой антенны двигатель Стирлинга используется для преобразования энергии Солнца в электрическую. Большое количество таких параболических отражателей и дополнительного оборудования, объединённых в систему, образуют солнечную электростанцию.

4. С помощью нагрева поверхности, поглощающей лучи, и распределения полученного тепла. Этот принцип используется при создании термовоздушных (или термодинамические) электростанций, в которых энергия Солнца трансформируется в энергию воздушного потока, а лишь затем – в электрическую.

5. С помощью светопоглощающих покрытий нагревают воду и переводят её в газообразное состояние. Благодаря полученному пару начинает работать паровая турбина, производя электричество. На том же принципе основываются и гелиоаэростатные (или солнечные аэростатные) электростанции. С внешней стороны баллона аэростата, заполненного паром, внутрь, на селективное светопоглощающее покрытие, попадают солнечные лучи, что приводит к нагреву пара, а последующее распыление воды внутри баллона – к генерации пара. По гибкому паропроводу разогретый пар перенаправляется в паровую турбину. Накопленный за день пар позволяет вырабатывать энергию даже в ночные часы и в плохую погоду.

6. В течение дня солнечный свет можно использовать для естественного освещения помещений без окон (гаражей, складов, метро, промышленных и сельскохозяйственных построек) благодаря построению световых колодцев – труб, передающих энергию солнца практически без потерь. Солнечный колодец состоит из двух частей. Одна, верхняя, выводится на освещённую сторону фасада или крыши и содержит, в зависимости от модели, коллекторы разных типов, линзы Френеля и рефлекторы. Вторая, нижняя, часть снабжена устройствами для рассеивания света. Вся внутренняя поверхность трубы выстилается прозрачным материалом с максимальной отражающей способностью. Чем короче и ровнее колодец, тем эффективнее светопередача.

7.Применение солнечных печей. В таких печах для домашнего использования можно поддерживать температуру около 150 °С, при этом не требуется сжигать дрова, загрязнять атмосферу выбросами СО2, вдыхать дым, способный привести к заболеваниям дыхательных путей, или подвергаться воздействию электромагнитного поля, как это бывает при использовании электрической плиты или микроволновой печи. Простейший вариант такой печи можно сделать самостоятельно: согнуть картон, покрытый фольгой, сфокусировав солнечный свет на чёрной кастрюле в центре. Вариант сложнее изготавливается из металлических отражателей или зеркал. Существуют солнечные печи и промышленного масштаба, которые чаще называют термином «гелиоустановки» и используют для термической обработки материалов, когда важно не допустить появление примесей.

8. Для проведения химических реакций. Например, учёные израильского института в солнечной башне из оксида цинка под действие солнечных лучей получают чистый цинк.  Швейцарская компания, применяя солнечные концентраторы, получает из воды водород.

Проведение масштабных исследований в гелиоэнергетике и создание большего количества сооружений и устройств, работающих за счёт использования солнечной энергии, может уже в ближайшее время значительно улучшить экологическую ситуацию в мире.