История появления солнечных батарей

Кто обуздал энергию солнца и придумал солнечные батареи

Отцом солнечных батарей является Александр Эдмонд Беккерель. Именно он открыл базовый принцип – фотогальванический эффект. Этот термин означает трансформацию энергии Солнца в электричество. Но стоит помнить и о величайшем физике Архимеде, которого можно назвать прапрадедушкой открытия.

Кому мир обязан полезным изобретением

Архимед первым по-настоящему осознал и научился использовать энергию солнца. С помощью системы зеркал он сжег целую флотилию вражеских кораблей, которые осаждали его город Сиракузы.

Французский ученый А. Э. Беккерель в 1839 г. открыл фотоэффект, благодаря экспериментам с электродами и электролитом.

В 1873 Уиллоуби Смит обнаружил чувствительность селена к свету. И открыл фотоэлектрический эффект с КПД 1%. Это значило, что лишь один процент солнечного света был преобразован в электричество.

Свой вклад внес и великий ученый Альберт Эйнштейн. За теорию фотоэффекта он был награжден Нобелевской премией в 1921 году.

Следующим этапом прогресса стало открытие ученых из Америки в 1954 г. Три компании Bell Laboratories Дэрил Чапин, Г.Пирсон и К.С.Фуллер заявили о создании первой солнечной батареи на основе кремния. Они добились КПД 4%, а немного позже довели до 6%.

Эволюция солнечных батарей

Как раз в то время велись активные космические исследования. И всего спустя 4 года солнечные панели впервые начали использовать в космических спутниках. 17 марта 1958 в США был запущен первый спутник на базе солнечных аккумуляторов «Авангард-1», а немного позже 15 мая в СССР – «Спутник-3».

Приборы продолжали совершенствовать. В 70-х удалось добиться КПД в 10%. Но они все еще не годились для использования на Земле из-за сложностей в производстве и дороговизны (цена 1 кг кремния была около $100).

Мир уже осознавал огромный потенциал солнечных АКБ и активные исследования продолжались. Так, в 1985 году КПД кремниевой батареи стал 20-22%.

Стабильное и успешное массовое производство солнечных аккумуляторов удалось наладить только в конце 80-х. И спустя около 10 лет группа ученых из США добилась существенного увеличения эффективности батарей. Был создан особый тип, который характеризовался простотой в производстве, небольшой себестоимостью материалов и экономностью.

Именно в 1989 году мир увидел солнечную батарею на тандемных фотоэлектрических преобразователях, КПД которых было более 30%.

Первая в своем роде масштабная промышленная электростанция была возведена в 1985 г. при СССР в Крыму. Это была, СЭС-5 с пиковой мощностью 5МВт. Для понимания, 5 МВт мощности имел первый ядерный реактор. К сожалению, из-за высокой цены вырабатываемого электричества в середине 90-х ее закрыли.

Конец 1989 года ознаменовался в США открытием 80 МВт солнечной станции от Loose Industries. И в течении следующих 5 лет эта же компания запустила еще несколько подобных СЭС суммарной мощностью на 480 МВт.

Масштабные правительственные программы

• 1990 год – Германия запускает программу «1000 Солнечных крыш».
• 1994 год – Япония активно внедряет кампанию «70000 Солнечных крыш».
• Компания Spectrolab в 2009 году демонстрирует фотоэлемент со способностью преобразовывать энергию Солнца в электричество на 41,6%.
• В 2011 году компания из Калифорнии Solar Junction сумела достичь КПД 43,5%.
• Корпорация Sharp в 2013 году создает фотоэлемент, состоящий из 3-х слоев, на сложной химической базе с 44,4% КПД. А в 2014 Институте им. Фраунгофера создали солнечные батареи с КПД 46%.
• В 2014 году введена в эксплуатацию самая большая на Земле электрическая станция от Солнца – Ivanpah Solar Electric Generating System. Ее площадь 14,24 кв. км, а мощность – 392 МВт. Этого хватит что бы обеспечить больше 140.000 объектов в Калифорнии.

Интересно, что одним из трех совладельцев этой электростанции является компания Google.

Применение в быту и науке

Солнечные батареи используют:

• В электронике. Мобильные телефоны, плееры, фонарики, зарядные устройства PowerBank, калькуляторы, ноутбуки.
• Машиностроение. Электромобили со встроенными аккумуляторами от Солнца на крышах.
• Авиация. Одна из разработок, проект из Швейцарии по созданию самолета, работающего исключительно на энергии солнца – Solar Impulse.

• Обеспечение зданий. В этом случае панели устанавливаются на крышах заводов или жилых домов. Преимущественно в Южной части США, Саудовской Аравии, Израиле, Испании, Индии и прочих.
• В медицине. Ученные из Южной Кореи изобрели подкожную батарею. Супермаленькую батарею могут вживлять под кожу для постоянной работы разных приборов в теле человека. Эта батарея в 15 тоньше волоса человека и площадью около 0,07 кв. см.

Человечество постепенно переходит на использование экологически чистой энергии. И сегодня уже есть проекты в разработке по строительству электростанций, работающих от Солнца, за пределами земной атмосферы.

Источник

Как работают солнечные батареи

Cолнце есть и будет всегда! Возможно, это слишком смелое заявление, но это действительно так. По крайней мере, с точки зрения человечества. Пусть оно и взорвется через сколько-то там миллионов лет, но к тому времени мы уже покинем эту планету или сами, или в виде кучки пепла, которую развеет в космосе очередной огромный камень, налетевший на наш голубой шарик. Именно из-за такой стабильности Солнца его можно и нужно использовать для получения энергии. Люди уже давно научились это делать и сейчас продолжают совершенствовать технологии солнечной энергетики. Но как же работают солнечные панели, батареи и вообще, как можно превратить свет в электричество внутри розетки?

Солнечные панели позволяют сделать электричество чуть ли не бесплатным.

Когда появились солнечные батареи

Солнечные батареи были изобретены достаточно давно. Впервые эффект преобразования света в электричество был обнаружен Александром Эдмоном Беккерелем в 1842 году. Для создания первых прототипов потребовалось почти сто лет.

В 1948 году, а именно 25 марта, итальянский фотохимик Джакомо Луиджи Чемичан смог сделать то, что мы теперь используем и развиваем. Спустя 10 лет в 1958 году технология впервые была опробована в космосе в качестве элемента питания американского спутника, названного ”Авангард-1”. Спутник был запущен 17 марта, а уже 15 мая того же года это достижение повторили в СССР (аппарат ”Спутник-3”). То есть технологи начала массово применяться в разных странах почти одновременно.

Использование солнечных панелей в космосе — обычная практика.

Подобные конструкции применяются в космосе до сих пор, как важный источник энергии. А еще их используют на Земле для обеспечения энергией домов и даже целых городов. А еще их начали встраивать в гражданские электромобили для обеспечения большей автономности.

Вообще, важность подобных элементов невозможно переоценить. Только так можно добиться получения энергии в любой точке планеты. Гидроэнергетика, атомные станции, ветряки и тому подобные системы могут быть размещены только в определенных местах, стоят очень дорого или требуют соответствующей инфраструктуры. И только солнечные панели позволяют построить дом в пустыне и электрифицировать его. За относительно небольшие деньги. На «ветряк» их точно не хватит.

Как работают солнечные панели

Стоит немного уточнить, что понятие ”солнечная батарея” не очень правильное. Точнее правильное, но не имеющее отношение к тем системам питания, о которых мы говорим. Батарея там обычная, но получает энергию от солнечных панелей, которые преобразуют в электричество свет солнца.

В основе солнечной панели лежат фотоэлектрические ячейки, которые помещены внутрь общей рамы. Для создания таких ячеек чаще всего используется кремний, но возможно использование и других полупроводников.

Энергия вырабатывается в тот момент, когда на полупроводник попадают солнечные лучи и нагревают его. В результате этого внутри полупроводника высвобождаются электроны. Под действием электрического поля электроны начинают двигаться более упорядоченно, что и приводит к появлению электрического тока.

Примерно так выглядит солнечная панель.

Для того, чтобы получить электричество, надо подключить контакты к обеим сторонам фотоэлемента. В результате этого он начнет питать электричеством подключенный потребитель или просто заряжать батарею, которая потом будет отдавать электричество в сеть, когда это понадобится.

Основной упор на кремний делается из-за его кристаллических особенностей. Впрочем, в чистом виде кремний сам по себе является плохим проводником и для изменения свойств к нему делается крайне малое количество примесей, которые улучшают его проводимость. В основном в число примесей входит фосфор.

Как полупроводники вырабатывают электричество?

Полупроводник является материалом, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо их не хватает (p-тип). То есть полупроводник состоит из двух слоев с разной проводимостью.

В качестве катода в такой схеме используется n-слой. Анодом является p-слой. То есть электроны из первого слоя могут переходить во второй. Переход происходит за счет выбивания электронов фотонами света. Один фотон выбивает один электрон. После этого они, проходя через аккумулятор, попадают обратно в n-слой и все идет по кругу.

Когда энергия выработана, все начинается по кругу, а свет всегда горит.

В современных солнечных панелях в качестве полупроводника используется кремний, а начиналось все с селена. Селен показал крайне низкий КПД — не более одного процента — и ему сразу стали искать замену. Сейчас кремний в целом удовлетворяет требования промышленности, но есть у него и один существенный минус.

Обработка и очистка кремния для приведения его к тому виду, в котором его можно будет использовать, является достаточно затратной процедурой. Чтобы снизить стоимость производства, проводят эксперименты с его альтернативами — медью, индием, галием и кадмием.

Эффективность солнечных панелей

Есть у кремния еще один минус, который не так существенен, как стоимость, но с которым тоже надо бороться. Дело в том, что кремний очень сильно отражает свет и из-за этого элемент вырабатывает меньше электричества.

Даже повесив столько панелей, все равно надо обеспечивать их нормальную работу. В том числе бороться с отражением света.

Для того, чтобы уменьшить такие потери, фотоэлементы покрывают специальным антибликовым покрытием. Кроме такого слоя, надо использовать и защитный слой, который позволит элементу быть более долговечным и противостоять не только дождю и пыли, но даже падающим веткам небольшого размера. При установке на крыше дома это очень актуально.

Солнце -сила! Ее надо использовать!

Несмотря на общую удовлетворенность технологией и постоянную борьбу за улучшение показателей, современным солнечным панелям все равно есть куда стремиться. На данный момент массово производятся панели, которые перерабатывают до 20 процентов попадающего на них света. Но есть и более современные панели, которые пока ”доводятся до ума” — они могут перерабатывать до 40 процентов света.

А вообще, солнечная энергетика это круто! И помните, даже при таком «пАлящем» солнце система будет работать.

Источник

История возникновения солнечных батарей

Sep 8, 2017 · 2 min read

Солнце является источником огромного количества энергии. В настоящее время человечество активно занимается поисками таких источников и, конечно же, не могли обойти стороной Солнце. В силу того, что используемые сегодня энергетические ресурсы стремительно заканчиваются и не являются возобновляемыми, люди занялись поиском альтернатив.

Солнечная энергия намного дешевле той электроэнергии, которая используется практически повсеместно. А некоторые государства даже предусматривают возможность заработка на поставках энергии в общую энергетическую сеть. Но как же была освоена энергия Солнца?

Первопроходцем в этой област и считается А. Беккерель, открывший сам фотогальванический эффект — преобразование солнечных лучей в электричество. После этого открытия американский ученый Ч. Фриттс создал первый фотоэлемент — модуль, работающий за счет энергии Солнца. К слову, КПД его модуля составлял всего 1%. В те времена (а это конец 19-начало 20 века) развитие идей по обузданию солнечной энергетики проходило нестабильно: интенсивность деятельности ученых в этом направлении не отличалось постоянностью.

По мнению большинства, развитие солнечной энергии произошло благодаря А. Эйнштейну. Мало кто знает, но свою Нобелевскую премию известный физик получил именно за работу по теории фотоэффекта, а не за теорию относительности. Его теоретическое обоснование нашло применение в работах Г. Пирсона, Д. Чапина, А. Иоффе и других изобретателей. Конечно, КПД их изобретений не был высок, но с течением времени приборы усовершенствовались. Происходило это за счет экспериментов с выбором материалов и научно-технического процесса. В 70-х года 20 века исследования фотоэлектрических свойств полупроводников показали, что их использование намного эффективнее нежели металлов.

Сегодня солнечными батареями уже никого не удивишь. Многие компании занимаются масштабными проектами строительства солнечных электростанций. Я хочу обратить ваше внимание на одну из таких компаний, Solar DAO.

Solar DAO позволяет не только экономить свои средства за счет использование энергии Солнца, но и предлагает возможность заработать на ней. Вы можете стать инвестором, даже не имея внушительной суммы, так как минимальная сумма инвестиции — всего 1$!

Команда Солар ДАО — это зарекомендовавшие себя на мировом рынке эксперты в области солнечной энергии — обладатели патентов и широкой известности.

Источник