Тема проекта: «Генераторы альтернативных видов энергии
«солнечные батареи».

Авторы:
Быстрова Валентина,Жунусова Айдана,Цафт Альберт, 9 класс,
команда ООШ № 134 «ЭкоПатриоты».

Руководители:
Цафт Татьяна Викторовна
учитель биологии и химии, руководитель НОУ.
Калгужинова Айман Майлымбаевна
учитель начальных классов, секретарь НОУ.

Научный руководитель:
Нурмаганбетова Маргарита Таукеновна
доцент КарГУ им.Е.А.Букетова, к.х.н.,
преподаватель кафедры теоретической
и экспериментальной химии.

Караганда

2011 г.

Содержание:

1. Виды солнечных батарей;

2. Использование солнечных батарей;

3.КПД фотоэлементов и модулей;

4. Использование в космосе.

Солнечная батарея.

Солнечная батарея – одни из генераторов альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное излучение ( проще говоря – свет) в электричество. Является объектом исследования гелиоэнергетики ( от гелиос греч. – солнце). Производство солнечных батарей развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях.

Принцип работы солнечных батарей.

Если обратить внимание на предоставленный для просмотра слаид, то на рисунке мы видим схему устройства фотоэлемента с запирающим слоем (вентильный фотоэлемент). Две соприкасающиеся друг с другом пластинки, изготовленные из металла и его окиси(полупроводник) покрыты сверху тонким прозрачным слоем металла. Пограничный слой между металлом и его окисью имеет одностороннюю электропроводность – электроны могут проходить лишь в направлении от окиси металла к металлу.
Поток электронов, идущий в этом направлении, создаётся под действием света без всякого внешнего напряжения. Вентильный фотоэлемент непосредственно превращает энергию световой волны в энергию электрического тока, т.е. является источником тока. На этом принципе основано действие солнечных батарей.
(См . схему слаида)

Виды солнечных батарей.

1. Фотоэлектрические преобразователи – полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество (солнечные элементы), объединённых СЭ называются: солнечной батареей.

2. Солнечные коллекторы(СК). Солнечные нагревательные низкотемпературные установки.

3. Органические батареи – устройства преобразующее солнечные лучи. в электричество с помощью генетически модифицированных клеток, напечатанных на тонком пластике с проводником.

4. Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин.

Использование.

(СМ. схемы на слаидах)

Солнечные батареи очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней.
Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крышах домов для получения электричества. В перспективе они,вероятно, будут применяться для подзарядки электромобилей. Солнечные коллекторы используются в первую очередь для обеспечения нужд горячего водоснабжения и иногда для поддержки систем отопления.

КПД фотоэлементов и модулей.

Мощность потока излучения на квадратный метр, без учёта потерь в атмосфере, составляет около 1350 ватт. В то же время, удельная мощность солнечного излучения в Европе в очень облачную погоду даже днём может быть менее 100вт/м2. С помощью наиболее распространённых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с КПД 9-24 %. При этом цена батареи составит около 1-3 долл. за ватт номинальной мощности. При промышленной генерации электричества с помощью фотоэлементов цена за кВт ч составит 0,15 долл..
Сообщается, что в отдельных лабораториях получены солнечные элементы с КПД 44%. В 2007 г. появилась информация, об изобретении российскими учёными элементов с КПД 54 %, но эти высокоэффективные панели не могут массово использоваться в виду своей высокой себестоимости, над этой проблемой и работают многие учёные.

Факторы, влияющие на КПД.

Особенности строения фотоэлементов вызывают снижение производительности панелей с ростом температуры.

Частичное затенение панели вызывает падение выходного напряжения за счёт потерь в неосвещенном элементе, который начинает выступать в роли паразитной установки байпаса на каждый фотоэлемент панели.

Из рабочей характеристики фотоэлектрической панели видно, что для достижения наибольшего КПД требуется правильный подбор сопротивления нагрузки. Для этого фото электрические панели не подключают напрямую к нагрузке, а используют контроллер управления фотоэлектрическими системами, обеспечивающий оптимальный режим работы панелей.

Использование в космосе.

Солнечные батареи – один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличии от ядерных и радиоизотопных источников энергии.

Однако, при полётах на большом удалении от Солнца ( за орбитой Марса) их использование становится проблематичным, так как поток солнечной энергии обратно пропорционален квадрату расстояния от Солнца. При полётах же к Венере и Меркурию, напротив, мощность солнечных батарей значительно возрастает (в районе Венеры в 2 раза, в районе Меркурия в 6 раз!).