Солнечных установок

ратора, часто применяют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Они называются солнечными элементами и входят в состав солнечных батарей, используемых на космических кораблях. В настоящее время ведутся разработки наземных солнечных батарей. Из полупроводниковых материалов, обеспечивающих наиболее высокий к. п. д., в солнечных элементах используют кремний, фосфид индия, арсенид галлия, сульфид кадмия, теллурид кадмия и др. К. п. д. кремниевых солнечных элементов составляет около 20%, а пленочные солнечные элементы могут иметь значительно больший к. п. д. Важными техническими параметрами солнечных батарей являются отношения их выходной мощности к массе и площади, занимаемой солнечной батареей. Эти параметры достигают значений 200 Вт/кг и 1 кВт/м2 соответственно.

Солнце — источник жизни на нашей планете и основной источник всех видов получаемой на ней энергии. В настоящее время большое внимание уделяется прямому использованию солнечной энергии. Заманчиво создание солнечных элементов для превращения энергии солнечной радиации в электрическую. В солнечных элементах используется явление фотоэффекта, т. с. вырывание электронов из тела под действием света.

Энергия от солнечных элементов космической станции должна передаваться на Землю с помощью антенны в виде достаточно узкого пучка УКВ-волн (длина волны ж 10 см). Приемная антенна на Земле будет принимать этот пучок энергии, который затем должен будет преобразовываться в энергию промышленной частоты.

Фотодиоды, работающие как фотогенераторы, часто применяют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую энергию. Они называются солнечными элементами и входят в состав солнечных батарей, используемых в условиях сельского хозяйства — обогрев теплиц, питание двигательных установок и т. д. Широкого применения солнечные батареи пока не находят из-за малого КПД. Теоретически максимально достижимый КПД солнечных элементов составляет около 30%. Наиболее широко распространены кремниевые солнечные элементы, их КПД равен 19%. Солнечные батареи, состоящие из таких элементов и занимающие по площади размеры крыши сельского дома, способны обеспечить бытовые нужды живущих в этом доме.

Двигатели постоянного тока обеспечивают большие пределы регулирования частоты вращения при высоких энергетических показателях и механических характеристиках, удовлетворяющих требованиям большинства механизмов. Двигатели постоянного тока используются на транспорте (электровозы, тепловозы, трамвай, троллейбус, мотор-колеса), в станках, прокатных станах, кранах, судовых установках и др. Двигатели постоянного тока широко применяются также в авиации, автомобилях, тракторах и космической технике. Они могут получать питание от аккумуляторных батарей и солнечных элементов. Многие автономные энергетические системы — системы постоянного тока, и двигатели постоянного тока в них находят все большее применение.

Как показали исследования, в диапазоне мощностей от 1 Вт до 1 кВт ТЭГ с газовым подогревом могут быть экономически зыгод-пее аккумуляторных батарей солнечных элементов и двигателей внутреннего сгорания.

В самом деле, Солнце — источник всей жизни на нашей планете и так или иначе источник всех видов получаемой на ней энергии. Уже давно поэтому человек обращал и обращает вновь и вновь свое внимание на прямое использование солнечной энергии. Весьма заманчиво создание солнечных элементов для прямого превращения солнечной радиации в электрическую энергию.

Энергия от солнечных элементов космической станции должна передаваться на Землю с помощью антенны в виде достаточно узкого пучка УКВ-волн (длина волны «10 см). Приемная антенна на Земле будет принимать этот пучок энергии, который затем должен будет преобразовываться 'Н энергию промышленной частоты.

Недостатками солнечных элементов этого типа (изготовленных на основе монокристаллов) являются невозможность получения большой рабочей поверхности (больше нескольких квадратных сантиметров), а также невысокое отношение мощности на выходе элемента к его массе — около 50 Вт/кг.

Недостатками солнечных элементов этого типа (изготовленных на основе монокристаллов) являются невозможность получения большой рабочей поверхности (больше нескольких квадратных сантиметров), а также невысокое отношение мощности на выходе элемента к его массе — около 50 Вт/кг.

Для изготовления солнечных элементов часто используют пластины кремния, вырезанные из монокристалла, что обеспечивает высокую чистоту и, что не менее важно, минимальное количество дефектов структуры.

а) Предположим, что 2 % площади штата Аризона выделено для размещения солнечных установок. Принимая среднюю освещенность равной 250 Вт/м2 и КПД преобразования 13%, определите, какую часть из приведенных выше данных о количестве всех производимых в США энергоресурсов и отдельно электроэнергии можно получить с этой площади с помощью солнечных электростанций.

Было проведено исследование, цель которого заключалась в том, чтобы определить экономические показатели солнечных установок в нескольких городах США при наличии налоговой скидки и без нее; стоимость эксплуатации таких установок сравнивалась с затратами на электроэнергию и топливо, расходуемые на отопление домов.

В десятой пятилетке запланировано сооружение около 20 экспериментальных объектов с системами солнечного отопления, охлаждения и горячего водоснабжения. После опытной проверки наиболее удачные конструкции будут приняты в качестве типовых. Ряд установок для горячего водоснабжения, сушки сельхозпродуктов и материалов уже успешно используются в южных районах нашей страны. В 1978 г. в Бухарской области Узбекской ССР вступил в строй специализированный завод по производству различных видов солнечных установок.

Дальнейшее внедрение солнечных установок по производству электроэнергии зависит от снижения их стоимости и повышения к. п. д.

Расчеты показывают, что широкое использование в южных районах СССР солнечных установок для получения тепловой

Необходимо также отметить, что и за рубежом ведутся большие исследования и разработки по применению солнечных установок для получения тепла. Так, в США сооружено около 2000 систем солнечного отопления и горячего водоснабжения для жилых и общественных зданий. Системы основаны на применении плоских солнечных коллекторов. В течение отопительного периода системы солнечного отопления, оборудованные газовыми или электрическими дублирующими системами, экономят от 30 до 70% топлива. Эти системы, по-видимому, подтвердили свою конкурентоспособность, так как в США планируют перевести к 1980 г. на солнечное отопление 500 тыс. домов.

В десятой пятилетке запланировано сооружение около 20 экспериментальных объектов с системами отопления, охлаждения и горячего водоснабжения. После опытной проверки наиболее удачные конструкции будут приняты в качестве типовых проектов. Ряд установок для горячего водоснабжения, сушки сельскохозяйственных продуктов и материалов уже успешно используется в южных районах нашей страны. В 1977 г. в Бухарской области Узбекской ССР вступил в строй специализированный завод по производству различных видов солнечных установок.

Внедрение солнечных установок по производству электроэнергии зависит от размера затрат на их создание и величины коэффициента полезного действия.

Экономичность солнечных установок возрастает при росте температуры. Но для этого требуется использование специальных устройств, которые концентрируют солнечное излучение — параболические зеркала, линзы Френеля и т. п. Примером такого устройства могут служить солнечные кухни для бытового использования, выпуск которых в СССР начат в 1977 г. Кухня представляет собой параболический отражатель диаметром 1,2 из электрополированного алюминия, укрепленный на поворотном штативе. В фокусе отражателя устанавливается сосуд для кипячения воды или приготовления пищи.

Расчеты показывают, что использование в южных районах СССР солнечных установок для получения тепловой энергии может обеспечить экономию 15—20 млн. т. в условном исчислении топлива в год. Следует отметить, что и за рубежом ведутся большие исследования и разработки по применению солнечных установок для получения тепла. Так, например, в США сооружено около 2000 систем солнечного отопления и горячего водоснабжения для жилых и общественных зданий. Все эти системы основаны на применении плоских солнечных коллекторов. В течение отопительного периода системы солнечного отопленияхоборудо-ванные газовыми или электрическими дублерами, экономят от 30 до 70% топлива. Эти системы, по-видимому, подтвердили свою конкурентоспособность, так как в США планируют перевести к 1980 г. на солнечное отопление 500 тыс. домов.

v -По мнению академика Н. Н. Семенова, наука будущего найдет пути со-здаТшя новых фото- и термоэлементов и специальных катализа'торов для фотохимических процессов. Тогда будет возможно превращать солнечную энергию в электрическую при к. п. д. порядка 30—40% (к. п. д. существующих солнеч-ных электростанций не превышает 15 %QH. H. Семенов допускает, что проблема эффективного использования солнечной энергии будет решена до конца нашего столетия. Во многих странах мира ученые и инженеры ведут работы в разных направлениях, связанные с использованием солнечной энергии и повышением к. п. д. солнечных установок.