4. Фотоэлементы
Самый первый в мире фотоэлемент появился в 1883 году в лаборатории Чарьза Фриттса. Он был изготовлен из селена, покрытого золотом. Увы, но такой набор материалов показал невысокие результаты — около 1% КПД.
Революция в использовании фотоэлементов произошла тогда, когда в недрах лаборатории компании «Bell Telephone» был создан первый элемент на кремнии. Компания нуждалась в источнике электроэнергии для телефонных станцией, и, можно сказать, была первой компанией, которая использовала альтернативный источник на солнечной энергии.
Кремний до сих пор остается основных материалом для производства фотоэлементов. Вообще кремний (Silicium, Silicon) — второй по распространенности элемент на Земле, запасы его огромны. Однако в промышленном его использовании есть одна большая проблема — его очистка. Процесс этот очень трудоемкий и затратный, поэтому чистый кремний стоит дорого. Сейчас ведется поиск аналогов, которые бы не уступали кремнию по КПД. Перспективными считаются соединения меди, индия, селена, галлия и кадмия, а также органические фотоэлементы.[1]
Классификация солнечных фотоэлементов:
По специфике изготовления принято различать следующие типы солнечных фотоэлементов (ФЭ):
— ФЭ на основе монокристалла кремния, выращенного из расплава поликристаллического кремния, распиленного и отполированного;( Монокристаллические солнечные батареи )
— ФЭ на основе поликристаллического кремния, полученного методом направленной кристаллизации и распиленного на пластины;( Поликристаллические солнечные батареи )
— Аморфные ФЭ, которые изготавливаются путем нанесения тонкого слоя кремния на подложку из другого материала. (Тонкопленочные солнечные батареи)
5. Солнечные батареи (сборки)
Однако разность потенциалов, создаваемая одним фотоэлементов, мала для промышленного применения. Чтобы иметь возможность использовать солнечные элементы для электропитания устройств, их соединяют вместе. Тем самым получаются солнечные батарей (солнечные сборки, солнечные модули). Кроме того, фотоэлементы покрывают различными защитными слоями из стекла, пластмассы, различных пленок. Это делают для того, чтобы защитить хрупкий элемент.
Основной рабочей характеристикой солнечной батареи является пиковая мощность, которую выражают в Ваттах (Вт, W). Эта характеристика показывает выходную мощность батареи в оптимальных условиях: солнечном излучении 1 кВт/м2, температуре окружающей среды 25 oC, солнечном спектре шириной 45o(АМ1,5). В обычных условиях достичь таких показателей удается крайне редко, освещенность ниже, а модуль нагревается выше (до 60-70 градусов).
Соединяя фотоэлементы последовательно мы повышаем разность потенциалов, соединяя параллельно — ток. Таким образом комбинируя соединения можно добиться требуемых параметров по току и напряжению, а следовательно и по мощности. Кроме того, последовательно или параллельно можно соединять не только фотоэлементы в рамках одной солнечной батареи, но и солнечные батареи в целом.[1]
Фотоэлемент
Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века
Сурьмяно-цезиевый фотоэлемент, использующий явление внешнего фотоэффекта и Фотоэлемент на основе поликристаллического кремния
- Монокристаллические кремниевые
- Поликристаллические кремниевые
- Тонкоплёночные
Типы фотоэлектрических элементов
Итоги развития фотоэлементной отрасли
В 1985 году все установленные мощности мира составляли 21 МВт.Таблица: Суммарные мощности фотоэлектрических станций.Производство фотоэлементов в мире в 2005 году составляло 1656 МВт.Крупнейшие производители фотоэлементов в 2009 году:
- First Solar — 1100,0МВт
- Suntech — 704,0МВт
- Sharp — 595,0МВт
- Q-Cells — 586,0МВт
- Yingli — 525,3МВт
- JA Solar — 520,0МВт
- Kyocera — 400,0МВт
- Trina Solar — 399,0МВт
- SunPower — 397,0МВт
- Gintech — 368,0 МВт
На начало 2010 года общая мировая мощность фотоэлементной солнечной энергетики составила пока только около 0,1 % общемировой генерации электроэнергии.
-
Распространение солнечной энергетики
- В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии.
- В 2010 году 2 % электроэнергии Германии было получено из фотоэлектрических установок.
- В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических установок.
- Первая в России солнечная электростанция мощностью 100 кВт была запущена в сентябре 2010 года в Белгородской области.
Рабочие места
Перспективы солнечной энергетики
Минимальные цены на фотоэлементы (начало 2007 г.)
- Монокристаллические кремниевые — 4,30 $/Вт установленной мощности.
- Поликристаллические кремниевые — 4,31 $/Вт установленной мощности.
- Тонкоплёночные — 3,0 $/Вт установленной мощности.
- Стоимость кристаллических фотоэлементов на 40—50 % состоит из стоимости кремния.
Освещение зданий
С помощью солнечного света можно освещать помещения в дневное время суток. Для этого применяются световые колодцы. Простейший вариант светового колодца — отверстие в потолке.Световые колодцы применяются для освещения помещений, не имеющих окон: подземные гаражи, станции метро, промышленные здания, склады, тюрьмы, и т. д.Световой колодец в Пантеоне, Рим.
Фотоэффект Столетова
Впервые в истории мировой физики воспроизводилось явление фотоэлектрического тока. Великий русский учёный не только получил первый фотоэлемент, но и начал плодотворное изучение фотоэффекта.
Помимо сугубо теоретических знаний, это открытие изменило повседневную жизнь человечества. В дальнейшем, на протяжении XX столетия, принцип фотоэффекта находит своё применение в различных сферах: обеспечении безопасности, медицине, торговле, транспорте и целом ряде других направлений.
Именно Столетов сформулировал два из четырех современных законов фотоэффекта. Заслуги Александра Столетова признаны всем мировым научным сообществом, а на результаты его трудов в своей деятельности опирались многие специалисты из самых разных стран мира, в том числе гениальный Альберт Эйнштейн.
Открытие русского физика полностью изменило жизнь всех людей в мире, сделав ее проще, безопаснее, комфортнее и открыв совершенно новые, невиданные ранее возможности.
Биография Александра Столетова
Будущий выдающийся русский физик Александр Григорьевич Столетов родился 10 августа 1839 года в городе Владимир. После окончания местной гимназии, Александр Столетов поступает в Московский университет на физико-математический факультет.
В период, с 1862 по 1865 года Столетов отправляется в заграничную командировку. На этот период времени приходится его знакомство с такими выдающимися учёными того времени, как Магнус, Кирхгофом и многие другие светила науки XIX столетия.
ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Александр Григорьевич Столетов происходил из купеческой семьи. Благодаря этому, он смог получить достойное образование. Кроме того, мать будущего учёного, была образованной женщиной и всячески способствовала возникновению у сына интереса к наукам.
С 1865 года начинается преподавательская деятельност ь А. Г. Столетова. Уже в 1872 году, молодой ученый получает докторскую степень за работу «Исследование о функции намагничивания мягкого железа». Начинается работа Столетова в качестве профессора Московского университета. Им была организована новейшая физическая лаборатория при этом учебном заведении, где было подготовлено множество выдающихся русских физиков. Начиная с 1888 года, Александр Григорьевич Столетов проводит в данной лаборатории свои исследования, касающиеся актиноэлектрических явлений.
Всю свою жизнь Столетов отдал нау ке. Умер в конце весны 1896 года от воспаления лёгких в Москве. До последних дней жизни великий учёный был погружен в исследования.
Фотоэффект Столетова
Генрих Рудольф Герц подробно разрабатывал проблему влияния ультрафиолетового света на электрический разряд и писал о способности излучения ультрафиолета увеличить искровой промежуток разрядника индуктория и аналогичных разрядников.
Столетов, заинтересовавшись работами Герцога, решил подробнее изучить этот вопрос. Как он писал в своём научном журнале: «Моя попытка имела успех выше ожидания. Первые опыты начаты около 20 февраля 1888 г. и продолжались непрерывно… по 21 июня 1888 г».
Явлению он дал наименование актиноэлектрического. В исследовательском журнале учёного есть заметки о продолжении изучения этого явления в следующем году.
Чтобы получить фотоэффект (так, в дальнейшем будет называться исследуемое физиком явление), Столетов использовал специальную установку, которая, по сути своей, является отдаленным предком всех нынешних фотоэлементов. Она представляла из себя конструкцию из двух металлических дисков, которые были соединены полюсами гальванической батареи через гальванометр, образуя конденсатор, включенный в цепь батареи. Впереди сетчатого диска (второй же был сплошным) был помещен дуговый фонарик. Свет от фонарика проходил сквозь сетчатый диск и попадал на сплошной металлический диск.
Таким способом, впервые в истории мировой физики, воспроизводилось явление фотоэлектрического тока. Благодаря великому русскому учёному Александру Григорьевичу Столетову, мир не только получил первый фотоэлемент, но и началось плодотворное изучение фотоэффекта.
Помимо сугубо теоретических знаний, это открытие изменило сам быт всего человечества. В начале ХХ века сразу несколько компаний начали продажу охранных систем на основе инфракрасных лучевых систем. В дальнейшем, на протяжении всего двадцатого столетия, принцип фотоэффекта находит своё применение во все новых и новых сферах: охрана, медицина, торговля, транспорт и многие другие направления деятельности человека. Одно открытие русского физика изменило сам принцип быта людей. Сделало его проще и безопаснее, дало совершенно новые возможности, как в работе, так и в досуге. Открытие фотоэлемента – событие, которое действительно изменило вектор развития последующей науки.
С наследием Столетова буквально каждый человек на Земле каждый день: когда расплачивается в магазине, едет на автомобиле, включает свой компьютер. Более того, в наше время, когда все больше говорят об альтернативных источниках энергии, не загрязняющих окружающую среду, и многие предлагают более массово использовать солнечные электростанции для выработки энергии, опять же, стоит добрым словом вспомнить Александра Григорьевича Столетова, потому что без его открытия, такая конструкция, как солнечная электростанция, попросту, не могла бы функционировать. Таким образо м, открытие русского гения несет людям благо даже столетие спустя. В се это заслуга Александра Григорьевича Столетова – великого русского учёного, обуздавшего свет и опередившего время.
ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Именем Александра Григорьевича Столетова назван один из самолетов компании «Аэрофлот», а также улица в родном городе учёного – Владимире, кратер на Луне.
Популярные вопросы
Вопрос: Место рождения А. Г. Столетова?
Ответ: Г ород Владимир.
Вопрос: Дата рождения А. Г. Столетова?
Ответ: 10 августа 1839 года.
Кто изобрёл первым фотоэлемент?
Вообще считается, что русский физик А. Г. Столетов. Однако некоторые товарищи приписывают это изобретение каким-то немцам, англичанам,. ещё кому-то. Даже я уже стал сомневаться. А Вы как считаете?
Лучший ответ
Алекса́ндр Григо́рьевич Столе́тов (29 июля (10 августа) 1839, Владимир — 15 (27) мая 1896, Москва) — русский физик.
Получил кривую намагничивания железа (1872), систематически исследовал внешний фотоэффект (1888—1890), открыл первый закон фотоэффекта. Исследовал газовый разряд, критическое состояние и другие явления. Основал физическую лабораторию в Московском университете (1874).
Создал первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте. Рассмотрел инерционность фототока и оценил его запаздывание в 0,001 с.
Открыл прямо пропорциональную зависимость силы фототока от интенсивности падающего на фотокатод света (первый закон внешнего фотоэффекта, закон Столетова) .
Открыл явление понижения чувствительности фотоэлемента со временем (явление фотоэлектрического утомления) (1889).
Основоположник количественных методов исследования фотоэффекта.
Остальные ответы
Я изобрел вторым!
Или третьим.
я ваще то тоже фашистов и саксов не очень уважаю!
Ссылочку не плохо бы — «Однако некоторые товарищи приписывают это изобретение каким-то немцам, англичанам,. ещё кому-то. »
Ну а если эти товарищи просто твои соседи тода хрен им в зад! — Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.