Солнечными батареями

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.

Стоимость производства .>лектроэнергии в современных условиях солнечными элементами в 100—200 раз больше стоимости производства электроэнергии обычными методами.

Ожидается, что весь процесс будет характеризоваться достаточно высоким КПД. В настоящее время КПД преобразования энергии солнечными элементами на монокристаллах составляет 11%. Предполагается, что путем усовершенствования кремниевых элементов может быть достигнут КПД, равный 20%.

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.

Фотодиоды, работающие в генераторном режиме, довольно широко используют в качестве источников, преобразующих солнечную энергию. Такие источники именуют фотоэлементами или солнечными элементами. Из них строят солнечные батареи, которые используют на космических объектах в качестве электростанций. Фотоэлементы отличаются от фотодиодов только своими конструктивными особенностями.

Ожидается, что весь процесс будет характеризоваться достаточно высоким к. п. д. В настоящее время к. п. д. преобразования энергии солнечными элементами на монокристаллах составляет 11%. Сообщалось о достигнутом к. п. д. в 16%. Предполагается, что путем усовершенствования кремниевых элементов может быть достигнут к. п. д. 20%. Монокристаллы из арсенида галлия обеспечивают к. п. д. 14%, а на отдельных ячейках получен к. п. д. 18%.

Фотодиоды, работающие как фотогенераторы, часто применяют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую энергию. Их называют солнечными элементами, и они входят в состав солнечных батарей, используемых в сельском хозяйстве (обогревание 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.

1 В настоящее время круг применяемых для производства солнечных элементов материалов продолжает расширяться. Наиболее перспективными материалами являются поликристаллические, монокристаллические и аморфные пленки следующих соединений: GaAs, InP, CdTe, CdSe, CuP2, MoSe2, MoS2, WSe2, InSe, BeB4, BeB6, MgB6, MgP4, CaP3, FeP4, CrP4, YS2, TiS3, ZrS3, ZrSe3. Соединения расставлены в порядке возрастания эффективности преобразования энергии солнечными элементами на их основе и перспективности их технологической обработки. Вместе с тем, широкое применение солнечных батарей на основе полупроводниковых соединений по-прежнему ограничивается их относительно высокой стоимостью. Прим. пер.

Относительные величины фото-э.д.с. вырабатываемой солнечными элементами на гетеропереходах a-SiC : H/a-Si: Н, то для a-SiC : Н (на ос'но-

Предлагается новый тип структуры солнечного элемента, сочетающий солнечный элемент на основе a-Si с поликристаллической пленкой из полупроводникового материала с узкой шириной запрещенной зоны. В силу большей ширины запрещенной зоны в a-Si (1,7 эВ) по сравнению с кристаллическими полупроводниками, используемыми для изготовления солнечных элементов (например, 0,66 эВ для Ge 1,1 эВ для Si и 1,43 эВ для GaAs) эффективность собирания носителей для спектра солнечного облучения в элементах на основе a-Si значительно ниже по сравнению с солнечными элементами на основе кристаллического материала. В последнее время был проведен ряд систематических исследований по получению поликристаллических тонких пленок широкого набора классических полупроводников методами химического осаждения из газовой фазы, содержащей металлоорганические соединения, осаждения из молекулярных пучков, реактивного распыления, осаждения из ионных пучков и др. Путем сочетания этих методов с графоэпитаксиальным ростом на тексту-рованной подложке из инородного материала были получены поликристаллические пленки с большим размером зерен.

Сравнительные характеристики этих солнечных элементов сведены в табл. 5.5.3. По сравнению с солнечными элементами на основе p-i-n/ОИО, в которых используется аморфный слой и-типа, к.п.д. элементов с мк-Si на зеркально-отполированной пластине нержавеющей стали повышается до 7,0 %, а на полиимидной пленке с напыленным слоем нержавеющей стали - до 6,36 %.

На космических ЛА заряд ЭМН (кинетических накопителей) осуществляется от бортовой электрической сети, питаемой солнечными батареями. Разряд ЭМН производится при заходе ЛА в тень Земли, электроэнергия от генератора ЭМН поступает в бортовую сеть. Используются ЭМН также для питания системы орбитальной ориентации ЛА.

Спутник представляет собой контейнер, заполненный РЭА и физическими приборами, которые служат датчиками для РЭА. Источником питания являются химические элементы, работающие совместно с солнечными батареями, установленными на раскрывающихся створках большой площади.

кремния с примесью, имеющей n-проводимость. На поверхность пластины путем диффузии в вакууме вводят примесь бора, образуя слой с р-проводимостью толщиной порядка 2 мкм. Батареи кремниевых элементов называются солнечными батареями и применяются для непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую, имея к. п. д. около 11%. Они, в частности, применяются на искусственных спутниках Земли для питания радиостанций, запирающим " слоем имеют высокую

специальной системы ориентации, обеспечивавшей ориентацию станции относительно Солнца и Луны, удобную для фотографирования невидимой стороны Луны, и системы терморегулирования и энергопитания. Кроме того, в отсеках корпуса была размещена измерительная аппаратура с источниками энергопитания (электрохимическими и солнечными батареями).

2. Предположим, что свинцовый аккумулятор используется для совместной работы с солнечными батареями для покрытия 100 МВт пиковой нагрузки в пасмурные дни. Какое минимальное количество батарей, рассмотренных в примере 5.3, потребуется для этой цели, если батареи должны непрерывно работать 1 ч? Какова общая масса и объем этих батарей?

В международном аэропорту города Феникса в американском штате Аризона создается солнечная электростанция мощностью около 300 киловатт. Солнечная энергия будет превращаться в электрическую при помощи 7200 кремниевых элементов. В том же штате действует одна из крупнейших в мире ирригационных систем, насосы которой работают на энергии Солнца, преобразованной в электрическую солнечными батареями. В Нигере, Мали, Верхней Вольте и Сенегале тоже действуют

Интегральные солнечные модули на основе a-Si обладают рядом преимуществ перед солнечными батареями на основе монокристаллического кремния.

Интегральные солнечные модули на основе a-Si обладают рядом преимуществ перед солнечными батареями на основе монокристаллического кремния.

— в комбинации с ветро- и гидрогенераторами или солнечными батареями;

Рассмотренные высокоэффективные фотопреобразователи с КПД более 20 % уже вышли из стадии лабораторных разработок и начинают широко применяться в автономных энергетических установках. Эти установки даже на данном этапе разработок являются конкурентоспособными с солнечными батареями на основе дешевых СЭ, работающих на прямом, неконцентрированном солнечном излучении, так как, несмотря на большую стоимость концентраторных СЭ, их «вклад» в стоимость получаемой электроэнергии оказывается не определяющим и уменьшается пропорционально степени концентрирования солнечного излучения, что делает оправданным усложнение и удорожание СЭ, если это обеспечивает увеличение их КПД. Так,

По сравнению с другими электрохимическими системами СЦ аккумуляторы обладают самыми высокими удельными показателями отдачи по емкости и энергии. Они хорошо работают в буферном режиме, имеют малый саморазряд и весьма малое внутреннее сопротивление. В то же время высокая стоимость, малый срок службы, сложность хранения и эксплуатации, большое время ввода в строй не позволяют расширить области применения СЦ аккумуляторов. В настоящее время они в основном применяются в космической технике, где работают в буфере с солнечными батареями.