1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (811201), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Разработка гг 55 высокоэффективных ФЭП на основе материалов с широким диапазоном изменения ЬЕ .. 5,'1 5> ! 555 позволит на практике перейти к использова- гг нию сочетаний различных типов ФЭП и реаэе ~ ~! лизации идей сложных, например гетероген- 1 гжя ных и каскадных, фотоэлектрических усти 1! 5 гтг 555 ройсгв, позволяющих использовать весь спектр солнечного излучения, 55 ! Предельный КПД солнечного элемента 5 $ логарифмически растет при увеличении ин- 1 тенсивности освещения, что определяется соответствующим ростом фотоэдс Это опреде- ~,у ф лает интерес к использованию для ФЭП солнечного излучения, концентрированного бо- я,га ЛЕЕ ЧЕМ В 1000 раэ.
ОдиаКО Прн ЭТОМ ВОЗНИКа- Ра~. Зя. Звввешшета эффгает проблема, обусловленная резким возраста- тнвнасти Фэп аг ширины нием токов в ФЭП и соответствующим воз- 55ЧЭ Яеааоа 5ОИЫ аОЛуареРастанпем поте ь моЩности на внУтРеннем ~~~'""аьшаэа э55 Язвы" эшь сопротивлении. Внедрение солнечных ФЭП'с концентраторами в практику во многом зависит от разработки дешевых и простых систем слежения за Солнцем, а также от разработки недорогих концентраторов, стабильных при длительной эксплуатации в неблагоприятных климатических условиях, что явллртся сложной технической задачей.
В качестве отражающего покрытия солнечных концентратов используется, как правило, алюминий, который имеет наиболее высокий интегральный Коэффициент отражения в диапазйне волн солнечного спектра, хотя в некоторых случаях применяется и серебро. Для защиты отражающего покрытия от внешних воздействий на него наносят пленки Б10, Б1Ог, БЬО5, А15О5 и др. При выборе защитного покрытия должны учитываться спектральные характеристики преобразователя солнечной энергии, так как, например, пленки из Б10 и БЬОг значительно снижают отражательную способность зеркал в коротковолновой области спектральной чувствительности солнечных элементов, Для пленочных космических концентраторов используются металлизированные полимерные пленки различного химического состава.
По совокупности свойств наиболее подходящим и в космических конструкциях являются пленки из майлара и каптона. 8 Заказ!0 Возможности эффективного применения на космических аппаратах (КА) концентраторов в значительной степени определяются нх способностью длительное время работать в условиях космической среды, сохраняя высокие оптико-энергетические характеристики. За двадцать лет промышленного использования в основном в качестве бортовых источников для космических аппаратов ФЭП получили достаточно широкое развитие. Для наиболее освоенного типа кремниевых ФЭП достигнутые в эксплуатации значения КПД составляют около 15/о.
ФЭП на базе Пав в лабораторных условиях показали КПД до 20;4. Однако сегодня ФЭП все еще очень дороги. В последнее время для изготовления фотоэлементов стало возможным использование ряда новых материалов. Один из наиболее перспективных - аморфный кремний, который в отличие от кристаллического не имеет регулярной структуры. Для аморфной структуры вероятность поглощения фотона и перехода в зону 'проводимости больше. Таким образом, по поглощательной способности этот материал значительно превосходит кристаллический кремний. Для нужд полупроводниковой энергетики его можно использовать в виде тонких, толщиной около 0,5 мкм, пленок. Поскольку на элементы нз аморфного кремния'расходуется меньше материала и технология их изготовления проще, они дешевле. Другим достижением в технологии тонкопленочных солнечных элементов стало получение многослойных элементов, позволяющих охватить большую часть спектра солнечного излучения.
Так, например, верхний слой такого материала может собирать свет из синей части спектра, позволяя красному свету проходить к тому слою, который более эффективен именно в этой области спектра. Герметический блок из элементов, соединенных между собой в промышленных условиях, называется фотоэлектрическим модулем, Несколько модулей образуют батарею.
Высокая стоимость' солнечных элементов — это именно то, что задерживает развитие крупных фотоэнергетических установок. В 1974 г. стоимость модуля солнечных элементов составляла 50 долл. на 1Вт пиковой мощности. Стоимость электроэнергии, получаемой от такого модуля, была исключительно высока:,3 долл. эа 1кВт/ч, Стоимость электроэнергии, производимой электростанциями, работающими на ископаемом н ядерном топливе составляет от 5 до 10 центов за 1 кВт(ч.
Такая разница побудила приложить огромные усилия к снижению стоимости энергии, вырабатываемой солнечными установками. Исследования охватили материалы, из которых изготавливаются солнечные элементы, структуру элементов н процессы массового производства. Движение на пути к этой цели не замедляется: постоянно рождаются новые идеи и разработки, не за горами и производство крупных блоков. Ожидать снижения стоимости элементов можно тогда, когда начнется массовое производство новых материалов. 114 Концентраторы солнечной энергии Одним иэ препятствий на пути использования солнечного излучения в энергетике является его низкая плотность.
Преодолеть это препятствие можно путем концентрирования излучения. Применение концентраторов позволяет не только поднять энергетическую эффективность солнечных фотоэлектрических установок, но и улучшить нх экономические показатели за счет уменьшения расхода дефицитных полупроводниковых материалов, снижения стоимости и массы, повышения устойчивости к действию внешних факторов.
При использовании концентрированного излучения для освещения модулей солнечных элементов одним из важных требований является равномерность плотности лучистого потока на приемнике. Для создания такого потока используются концентраторы с плоскими отражающими поверхностями - плоские фоклины. Если образующая концентратора является прямой линией, их называют односекционными (рис.р,а)„если ломаной - многосекционными (рнс.9,б). Концентрация солнечного излучения в них достигается в результате многократного отражения от зеркальных поверхностей. Односекционные плоские системы позволяют увеличить в 2-10 раэ концентрацию, солнечного излучения и во столько же раз снизить площадь полупроводниковых элементов для получения той же энергии.
Для этой цели применяются также фокусирующне коллекторные системы, в которых используются отражатели и линзы, фокусирующие лучи на солнечных элементах. Характер работы устройств двух типов различен, так как плоская система эффективна даже в облачную погоду, в то время как фокуснрующие системы оправдывают себя только при прямом солнечном свете. Однако степень концентрации у них на много выше. Недостатки фокуснруюшей системы можно частично компенсировать, еслн снабдить ее высокоэффективными солнечными элементами, включая элементы на монокристаллическом кремнии и арсениде галлия, КПД которых в настоящее время достигает 20-26%.
Использование концентрирующих систем позволяет снизить стоимость солнечных электростанций, так как оии дешевле солнечных элементов, поэтому их применение иа солнечных станциях даст возможность сэкономить на фотоэнергетических устройствах. ' Перспективы развития солнечных фотознергетнческих установок По мере того как за последние 10 лет снижались цены на солнечные элементы, появилась возможность постройки крупных фотоэлектрических установок. В США в 70-е годьу были выделены средства на строительство 9 электростанций средней мощности от 10 до 100 кВт.
К 1984 г. было построено 14 относительно крупных солнечных электростанций мощностью от 200 кВт до 7 МВт в США, Японии, Италии, Саудовской Лравии и ФРГ, Европейское сообщество н' ряд отдельных стран разрабатывают 20 демонстрационных установок мощностью от 15 до 300 кВт. В Японии работает свыше 10 электростанций такого типа, имеющих мощность от 3 до 200 кВт, а в 1985 г. вошла в строй станция мощностью 1МВт, построеь)йлх организацией разработки новых источников энергии. Японский проект "Солнечное сияние", который начал осуществляться в 1974 году„ объединяет работы по изучению возобновляемых источников энергии, с тем чтобы к 2000 г. в значительной мере удовлетворить за счет них энергетические потребности страны. Крупнейшая нз существующих солнечная электростанция находится в Карнса - Плейнз в Калифорнии.
Она была построена менее чем за год н имеет пиковую мощность, равную 7,2 Мвт. Учитывая возможные усовершенствования в производстве новых материалов и создании новых устройств„следует ожидать, что к 2000 г. электроэнергия, вырабатываемая фотоэнергетическими установками, сможет конкурировать по цене с энергией„вырабатываемой обычными электростанциями. Последние будут производить электроэнергию по цене от 3 центов за 1кВт/ч (гидроэлектростанция) до 35 центов за 1кВт/ч. (тепловые станции, работающие на угле).
К тому времени фотоэнергетические установки будут вырабатывать электроэнергию по цене 15 центов за 1кВт/ч. Прогнозируемое дальнейшее усовершенствование в этой области должно привести к снижению стоимости энергии до 8 центов за 1кВт ч. Солнечная фотоэнергетическая установка обладает рядом достоинств, помимо того что использует чистый и неистощимый источник энергии. Она не имеет движущихся частей и поэтому не требует постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала. Солнечные элементы легко производить массовыми партиями, подобно тому как сейчас производятся транзисторы и интегральные схемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
