Из истории создания устройств, преобразующих солнечный свет в электроэнергию.

Впервые на взаимосвязь света и электричества обратил внимание немецкий физик Генрих Герц. Он заметил, что разряд между двумя электродами происходит гораздо легче под ультрафиолетовым светом.

Экспериментально доказать эту зависимость Герцу удалось в 1886-1889 годах. Ученый показал, что электромагнитные волны ведут себя точно так же, как и световые, – распространяются прямолинейно, образуя тени. Он создал гигантскую призму из двух тонн асфальта, которая преломляла электромагнитные волны, как стеклянная призма – световые. Однако Герц не стал подробно изучать эту тему.

Данные немецкого ученого заинтересовали профессора физики Московского университета Александра Григорьевича Столетова. В феврале 1888 года он приступил к серии опытов по изучению этого таинственного явления. 26 февраля в экспериментальной установке Столетова был выработан первый электрический ток, рожденный световыми лучами. Фактически это и был первый фотоэлемент.

В конце 19 века на Всемирной выставке в Париже изобретатель Огюст Мушо продемонстрировал инсолятор. Прибор при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле с помощью параболического зеркала диаметром 5 м. Котел приводил в действие печатную машину, делавшую по 500 оттисков газеты в час.

В начале 20 века Альберт Эйнштейн создал теорию фотоэффекта (испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения). Тогда же были разработаны фотоэлементы на основе селена, потом более совершенные – таллиевые. Однако все они обладали очень малым коэффициентом полезного действия и нашли применение только в устройствах управления, например, в турникетах на пассажирских станциях.

В 30-е годы 20 века сотрудники Физико-технического института АН СССР в Ленинграде Борис Коломиец и Юрий Маслаковец создали медно-таллиевые фотоэлементы с рекордным для того времени КПД – 1%. Институтом тогда руководил академик Абрам Федорович Иоффе, имя которого сегодня носит это учебное заведение.

Следующим шагом в развитии гелиоэнергетики стало создание кремниевых фотоэлементов. Уже первые их образцы имели КПД 6%. Это позволило ученым задуматься о практическом получении электрической энергии из солнечных лучей.

Первая солнечная батарея была создана в 1953 году. Поначалу это была просто демонстрационная модель – применение на практике не представлялось возможным из-за малой мощности. Однако конструкция стала использоваться в космической отрасли – существовавшие в то время аккумуляторы, в которых можно было бы запасти электрическую энергию, были очень громоздки и тяжелы, и большая часть полезной нагрузки корабля ушла бы на перевозку источников энергии. Конструкторы бились над задачей создания пригодной для использования в космосе электростанции, работающей без топлива. С этой точки зрения фотопанель оказалась подходящим решением. Уже третий советский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту 15 мая 1958 года, был оснащен солнечной батареей.

Следующий шаг в освоении энергии солнца был сделан в 1970-х годах. Ученые начали подробно исследовать фотоэлектрические свойства полупроводников и обнаружили, что они гораздо эффективнее металлов преобразуют солнечный свет в электрическую энергию.

Сегодня солнечные батареи постепенно входят в быт. Уже никого не удивляют калькуляторы, электронные часы, радиоприемники, работающие от небольшой фотопанели, вмонтированной в корпус прибора. По всему миру реализуются масштабные проекты строительства солнечных электростанций мощностью до нескольких сот мегаватт.

При подготовке материала использована информация Википедии, solarsity.ru.


Источник: SmartGrid.ru
Фото: mapia.ua

Специалисты в области современных энергосберегающих технологий утверждают, что новаторские конусообразные солнечные батареи в несколько десятков раз эффективнее своих плоских предшественниц.

 
Альтернативные генераторы экологически чистой электроэнергии на возобновляемых источниках в настоящее время уже не редкость, в том числе и солнечные панели, которые в современном мире используются как в промышленных, так и в бытовых целях. Однако все батареи имеют при этом исключительно плоскую конфигурацию.

Команда дизайнеров-новаторов компании Nectar Design провела производственный эксперимент и создала конусные солнечные батареи. Изобретатели сравнили анализы тестов новинок с обычными плоскими солнечными панелями и были приятно удивлены. Конусообразная конструкция соларных преобразователей энергии оказалась в двадцать раз эффективнее плоских моделей.

Инновационная разработка получила название Spin Cell. Высокую эффективность новоизобретённых конусообразных фотоэлементов новаторы объясняют высокой концентрацией фотовольтаических ячеек, которые расположены при такой конструкции гораздо выше, чем на привычной плоской поверхности.

Разработчики уверены, что установка ячеек под углом в пятьдесят шесть градусов позволит существенно увеличить срок их службы. Температура нагрева поверхности плоских солнечных батарей может достигать ста двадцати семи градусов. Панели попросту могут начать плавиться и постепенно выходить из строя. Температура же на поверхности конусообразных установок, в отличие от плоских солнечных батарей, не превышает тридцати пяти градусов благодаря инновационному использованию цветного затемнения, что положительно влияет на длительность периода их эксплуатации.

Если вы задумали обеспечить свой дом электроэнергией, полученной при помощи солнечных батарей, то вам необходимо понимать, что кроме самих батарей вам понадобятся некоторые дополнительные приборы и комплектующие. Основными узлами в данной системе будут источники электричества и накопители (точно так же, как в случае с ветрогенераторами). Остальные приборы можно отнести к разряду вспомогательных, но также очень важных.
Итак, источником электроэнергии являются солнечные батареи. Их количество и суммарная мощность зависят от объема потребления электроэнергии, времени года и региона проживания. При расчете необходимой мощности источников нужно учитывать то, что большинство энергозатратных приборов потребляют электричество кратковременно, поэтому средняя мощность потребления в среднестатистической семье может составлять от 200 до 600 Вт·ч или 4,8-14,4 кВт·ч в сутки. Необходимо рассчитать, какое количество солнечных батарей смогут в сутки выработать нужную Вам мощность. Если при этом постараться снизить затраты за счет использования более экономных приборов или отказа от некоторых из них (например, электрочайник заменить обычным, нагреваемым на газу или печи), то и затраты на покупку источников питания можно будет сократить.
Накопителями электроэнергии являются аккумуляторные батареи. Их существует множество разных видов, о которых мы сейчас говорить не будем. Основным советом при покупке накопителей может стать рекомендация купить несколько аккумуляторов меньшей емкости вместо одного большого. Покупать накопители необходимо одновременно из одной партии, тогда их можно будет при необходимости соединить вместе и получить большую емкость без вреда для аккумуляторов. Наиболее рациональным будет подключение к каждому помещению дома своей системы, когда за каждую комнату отвечает свой источник (или их группа) и свой накопитель.
Между источником и накопителем должны находиться провода, по которым, собственно, подается электричество, а также контроллер заряда-разряда аккумуляторной батареи. Контроллер позволяет предотвратить перезаряд накопителя и уберечь его от излишнего, пагубного разряда. Почему-то принято считать, что контроллер лишь является дополнительным, совершенно ненужным и затратным прибором, который к тому же тянет на себя электроэнергию. Но на самом деле это не так. Лучше один раз купить контроллер, чем постоянно тратиться на выведенные из строя накопители. Частично функцию контроллера может выполнять преобразователь электроэнергии с 12 на 220 вольт, но он используется только в 220 вольтовых сетях и не способен контролировать перезаряд накопителя.
Провода, которые идут от источника к контроллеру, от контроллера к аккумулятору и от аккумулятора к преобразователю желательно приобретать максимального сечения. Чем больше сечение, тем меньше будут потери электроэнергии при передаче. От преобразователя к розеткам провода могут вести любые. Однако если вы собираетесь устраивать в доме сеть на 12 вольт, то тут действуют особые предостережения по проводам. В первую очередь, постарайтесь также приобрести провод большого сечения. Чем длиннее будет провод от аккумулятора к приборам, тем большими будут потери электроэнергии. Постарайтесь сделать систему так, чтобы обеспечить проводам минимальное количество соединений, так как на соединениях тоже будут потери тока. В данной ситуации наиболее рациональным также будет оборудование каждого помещения в доме отдельной сетью со своим источником и накопителем. Это поможет сделать длину проводов минимальной.

Отдельно хочется сказать о преобразователях. Эти приборы позволяют получить в сети стандартные 220 вольт. При этом они требуют какое-то количество электроэнергии на собственную работу. Кроме того, в самом процессе преобразования также могут бать потери электроэнергии. Именно поэтому рекомендуется использовать преобразователи только для тех приборов, которые невозможно перевести на 12 вольт. Такими приборами являются ноутбуки, утюги и другие нагревательные элементы, а также некоторые приборы с двигателем. Насосы, пылесосы, холодильники, зарядные устройства для мобильных телефонов и даже стиральные машины могут быть выполнены для 12 вольтовой сети. Ну а освещение сегодня вообще развивается гигантскими темпами и вполне может обойтись без необходимости подключения преобразователя.
Источник: http://vedrussa.org.ua/