У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
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.
От паровых двигателей к фотоэлементам: эволюция солнечной энергетики
Солнечная энергетика приобрела широкое распространение только в последние несколько десятилетий, однако первые опыты по использованию энергии Солнца в технике относятся еще к началу XVII веку. Инженеры создавали всевозможные нагреватели, и преобразовывали тепловую энергию в механическую. Но особенно активно это направление энергетики начало развиваться в середине XIX века благодаря французскому математику и Огюстену Мушо, которому принадлежит сразу несколько изобретений, использующих для работы энергию Солнца. Причем некоторые из них используются по сей день.
Солнечная энергетика считается одним из самых перспективных направлений альтернативной энергетики
Первые устройства, работающие на солнечной энергии
Энергию Солнца люди начали использовать еще тысячи лет назад. К примеру, известно, что султанский дворец Топкапы отапливался водой, нагретой Солнцем. А первый солнечный двигатель, по некоторым данным, был создан во Франции еще в 1600 году. Он использовал нагретый воздух для перекачки воды. Однако активно развивать технологии солнечной энергетики инженеры-изобретатели и ученые начали лишь с XVIII-XIX века.
Отправной точкой в эволюции солнечной энергетике можно назвать появление нагревателей, которые были основаны на использовании зеркал и линз. К примеру, изобретатель Ж. Бюффон в середине XVII века создал большое вогнутое зеркало, которое могло фокусировать лучи солнца в одной точке. При помощи этого зеркала можно было воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров.
Ж. Бюффон придумал использовать зеркала, чтобы концентрировать солнечные лучи и таким образом усиливать тепловую энергию
Первый же водонагреватель был создан шведским ученым Н. Соссюром. Он представлял собой ящик со стеклянной крышкой. Устройство позволяло нагревать воду до 88 градусов. В 1774 году французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии, что значительно расширило возможности нагревателей. В его солнечной печи температура разогревалось до 1650 градусов. Примерно в тот же период было создано выпуклое стекло в Англии, которое позволяло плавить чугун всего за 3 минуты.
Надо сказать, что в этот период также стали появляться первые паровые машины, обеспечившие промышленную революцию. Это позволило инженерам объединить две технологии — нагрев воды солнечной энергией и преобразование пара в механическую энергию.
Паровые двигатели на солнечной энергии
Проблемой невозобновляемых источников энергии ученые озаботились еще в XIX веке. В частности, французский учитель математики Огюстен Мушо был обеспокоен тем, что рано или поздно закончатся мировые запасы угля. Это подтолкнуло его к созданию различных механизмов на основе солнечной энергии, таких как мощный солнечный паровой двигатель, печь для приготовления пищи и даже ледогенератор.
Солнечный концентратор Огюстена Мушо, продемонстрированный в Париже в 1878 году
В августе 1866 г. Огюстен Мушо представил крупнейший солнечный паровой двигатель в истории. Он демонстрировался в Париже пока город не оказался в осаде во время франко-прусской войны в 1871 году. После осады города двигатель найти не удалось. Но Мушо продолжил работу над созданием солнечных устройств и даже и расширил их масштабы.
Его изобретения были настолько убедительными, что в январе 1877 г. он получил от правительства грант на создание солнечных двигателей во французском Алжире. Это позволило Mушо реализовывать сразу несколько крупных «солнечных» проектов. В частности, им были созданы опреснительные установки, которые используются в Алжире по сей день.
Самое же необычное для своего времени изобретение Огюстена Мушо — это ледогенератор, который был продемонстрирован в 1878 году в Париже на Всемирной выставке. Устройство имело коническое зеркало и бойлер с водой внутри. Солнечные лучи были направлены на котел, давление в котором возрастало до 7 атмосфер. К нему было прикреплено охлаждающее устройство, производившее блоки льда. Изобретение так удивило окружающих, что Мушо получил за него золотую медаль.
Эскиз концентратора Огюстена Мушо
Кроме того, изобретатель продемонстрировал печатную машину, которая в час делала 500 оттисков газеты. Она тоже работала на паровом солнечном двигателе. Спустя несколько лет аналогичная машина появилась в США. Однако вскоре после выставки цены на уголь в мире упали, в результате чего работы Mушо стали неактуальными и их финансирование прекратилось.
Изобретение солнечных панелей
Эффект преобразования света в электричество впервые открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в 1839 году. Он использовал для этого селен, однако изначально технология мало кого заинтересовала. Поэтому первые прототипы солнечных батарей создал итальянский фото-химик Джаком Луиджи Чамичан только в 1912 году. Но они также не получили практического применения из-за низкой эффективности.
Поэтому вплоть до середины XX века принцип всех механизмов, использующих для работы энергию Солнца, оставался неизменным — солнечная энергия использовалась исключительно для нагрева пара, который приводил в движение паровые двигатели.э
Кремниевые солнечные панели были созданы в США в 1954 году
Ситуация изменилась лишь в 1954 году, когда американские ученые из компании “Bell Laboratories” заявили о создании солнечных батарей на основе кремния. Речь о фотоэлектрических преобразователях, или фотоэлементах, которые преобразуют солнечную энергию в постоянный электрический ток. Эффективность этих батарей составляла 6%, что намного выше всех существующих до этого разработок. Во время пресс-конференции солнечная батарея обеспечила электроэнергией игрушечное “колесо обозрения” и радиопередатчик.
Первый спутник с солнечными панелями «Авангард-1»
Принцип их работы достаточно простой — кванты света, попадая на пластину кремниевого полупроводника, выбивают электрон с внешней орбиты атома. Так как образуется большое количество свободных электронов, в цепи возникает постоянный электрический ток. Ранее мы подробно рассказывали о принципах работы солнечных панелей.
Переходите по ссылке на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Мы подготовили для вас множество интересных, захватывающих материалов посвященных науке.
Уже 17 марта 1958 года США запустили первый спутник, оснащенный солнечными батареями, который получил название “Авангард-1”. С тех пор началась эпоха солнечных панелей, которые по сей день продолжают совершенствоваться и становиться более эффективными. Правда, в последнее время многие ученые стали говорить о том, что солнечная энергетика не такая экологичная и безопасная для окружающей среды, как предполагалось ранее. Поэтому в нынешнем виде ее нельзя назвать идеальной.