Читать книгу Основы энергосбережения. Конспект лекций - Р. Р. Байтасов - Страница 9

Одним из путей преобразования солнечной энергии в электрическую является строительство гелиотепловых электростанций. При этом необходимая температура парообразования достигается с помощью концентрирующих коллекторов. Важной особенностью данного процесса является необходимость постоянной ориентации системы коллектор-теплоприёмник на солнце, что усложняет и удорожает конструкцию этих устройств. В качестве рабочей жидкости в таких системах может использоваться вода или другие жидкости, обладающие более низкой температурой парообразования.

Более рациональным способом получения электроэнергии является прямое преобразование солнечной энергии в фото электрических установках, использующих явление фотоэффекта.

Фотоэффектом называют электрические явления в веществах, происходящие при их взаимодействии со световым потоком. Так, при освещении границы раздела полупроводников с различными типами проводимости (р-п), между ними возникает разность потенциалов (фото-ЭДС). Это явление называется вентильным фотоэффектом и относится, по сути, к внутреннему фотоэффекту. Вентильный фотоэффект положен в основу действия солнечных элементов, преобразующих солнечное излучение в электрический ток. Основной материал для изготовления солнечных элементов – кремний.

Важнейшим параметром солнечного элемента является коэффициент преобразования солнечной энергии в электрическую (Ксв), равный отношению мощности вырабатываемой им электрической энергии к падающему на элемент потоку излучения.

где Рэ – электрическая мощность (максимальная) на выходе элемента; Ризл=Еосв х Sэ – мощность светового потока, падающего на поверхность элемента площадью Sэ, расположенную перпендикулярно потоку (Вт); Еосв – освещенность элемента (Вт/м²).

Кремниевые солнечные элементы имеют коэффициент преобразования равный 10…15%. Это значит: при освещённости, равной 0,1 кВт/м² они могут вырабатывать электрическую мощность 1…1,5 Вт с каждого квадратного дециметра площади при создаваемой разности потенциалов около 1 В. Солнечные элементы последовательно соединяют в солнечные модули, которые в свою очередь соединяются в солнечные батареи.

Солнечная фотоэлектрическая установка имеет электрический аккумулятор, что обусловлено непостоянством потока солнечного излучения в течение суток и преобразователь, который необходим для получения переменного тока промышленных параметров (220 В, 50 Гц).

Сдерживающим фактором массового использования фотоэлектрических гелиоустановок является пока что, относительно высокая стоимость, которая для солнечных батарей составляет около 3 долларов США за 1 Вт установленной мощности плюс 2 доллара за 1 Вт вспомогательного оборудования (аккумулятор и преобразователь). Однако при сроке службы солнечных батарей 20 лет и облучённости местности 20 МДж/м² в день стоимость 1 кВт-ч электроэнергии составит примерно 16 центов, что конкурентоспособно с электроэнергией, вырабатываемой дизель-генератором. Уже сейчас фотоэлектрические установки используются для питания электроизгородей, переносной радиоэлектронной аппаратуры, в микрокалькуляторах. В странах СНГ и Западной Европы разработаны и внедряются водонасосные установки для пастбищного водоснабжения с питанием от солнечных батарей мощностью от сотен ватт до нескольких киловатт. Весьма перспективно использование солнечных фотоэлектрических станций для нужд энергоснабжения бытовых производственных объектов, удалённых от линий электропередач.