Солнечная батарея: история развития технологии. Солнечные батареи кто изобрелКто придумал солнечные батареи?
Забытое гениальное изобретениеВ справочниках по электричеству говорится о том, что первые в мире солнечные батареи появились в 1954 году. Именно тогда ученые Дерилл Чапин, Кэл Фуллер и Гордон Пирсон создали солнечную батарею на основе кремния. Коэффициент полезного действия у батареи был крайне низким. Он равнялся лишь четырем процентам. То есть из 100 процентов падающего на кремниевую подложку солнечного света в электричество преобразовывалось только четыре процента. Спустя десятилетия этот показатель удалось довести до пятнадцати процентов. Но мало кто знает, что намного раньше (в 1880 году) американский ученый Чарльз Фриттс изобрел селеновую солнечную батарею. Его идея заключалась в том, что он покрывал селен тонким слоем золота и разница этих двух химических элементов позволяла превращать солнечный свет в электричество. Правда, с ничтожным КПД в один процент. Но важно то, что изобретение было сделано в области, где никто прежде никаких практических идей не проявлял. К сожалению, открытие Чарльза потом было просто забыто и идею пришлось «открывать» заново. Интересно то, что к солнечным батареям имел отношение и знаменитый Альберт Эйнштейн. Он в 1905 году научно объяснил суть фотоэффекта. Но еще раньше, на подступах к этому объяснению находились другие ученые и практики. В частности, Уиллоуби Смит в 1873 году заметил чувствительность селена к солнечному свету, но не смог правильно сформулировать природу явления. В 1877 году ученые Адамс и Дэй тоже столкнулись с этой особенностью селена, но тоже не вышли на верный путь объяснения эффекта. Чарльз Фриттс тоже не все понял, но зато сумел практически использовать селен в направлении хозяйственных потребностей цивилизации. Но низкий КПД солнечной батареи не позволил в то время применять ее и о его изобретении вскоре надолго забыли. В разных странах приоритет в изобретении солнечных батарей отдается «своим» ученым. Некоторые основания для этого есть, поскольку после Второй мировой войны проблемой нехватки элек тричества занимались многие научные центры, обращая свое внимание на использование солнечной энергетики. Но справедливости ради все же нужно говорить о том, что первую солнечную батарею сделал Чарльз Фриттс. Современные солнечные батареиПеречень сфер, где применяются солнечные батареи, нынче довольно обширен. На все сто процентов от них зависит космонавтика. Любой спутник на орбите и в дальнем космосе использует электричество от солнечных батарей. Никого уже не удивить калькулятором или наручными часами с солнечной подзарядкой. Выпускаются также другие электронные ус тройства с питанием от Солнца. В средствах массовой информации появилось не столь давно сообщение на тот счет, чо в скором времени потребители получат компьютер планшетного типа с питанием от солнечной панели. В авиации тоже применяются солнечные батареи. Создан уже гелиосамолет, на котором совершен межконтинентальный перелет. Стоит еще сказать, что российский путешественник с мировым именем Федор Конюхов совершил длительное плавание на яхте, где все потребности в электричестве покрывались за счет использования солнечных батарей. В строительстве тоже широко используются солнечные панели на крышах. В США за счет их полностью автномны многие населенныен пункты. В ряде стран эффективно работают гелдиостанции. Причем, довольно мощные. В России такая гелиостьанция действует в Крыму. Конечно же, перечень на этом не кончается. Изобретеные новые материалы позволяют сворачивать солнечные батареи в компактный для переноски или перевозки рулон. При этом стоимость таких батарей значительно снижена по сравнению с началом текущего века. КПД же их удалось поднять до тридцати процентов. Ученые уверены, что перспектива цивилизации связана с солнечными батареями. Подсчитано, что если накрыть десять процентов пустыни Сахары солнечными панелями, то на Земле перестанут нужны атомные электростанции, которые крайне опасны в случае аварии.  Кто придумал солнечные батареи? - 3.9 out of 5 based on 10 votes italife.ru Кто изобрел первую солнечную батарею — Меандр — занимательная электроникаЧитать все новости ➔  Открытие сделали Кельвин Соулзер Фуллер, Дэрил Чапин и Геральд Пирсон, все трое – работники компании Bell Laboratories. Конечно, путь к этому открытию начался намного раньше. Исследованиями в данной отрасли занимались и немецкий ученый Генрих Герц (да-да, тот самый легендарный Герц), и русский ученый Александр Столетов, и даже Альберт Эйнштейн. Тогда, в 50-х годах, это изобретение казалось новой технологической игрушкой. Ведь одна ячейка солнечной батареи, производившая менее 1 ватт электроэнергии, стоила 250 долларов, и не нынешних долларов, не забываем про инфляцию. Эта электроэнергия стоила в 100 раз дороже, чем, например, с обычной гидроэлектростанции. 50-е годы - это времена бума космических исследований, и потенциал солнечных батарей был по праву оценен в этой отрасли. В 1958 году американцы запустили на орбиту Земли первый спутник с солнечными батареями - Vanguard 1. Стоит отметить, он до сих пор вращается вокруг нашей планеты. Спустя несколько месяцев СССР запустил «Спутник-3» также с использованием солнечных батарей. Почти 20 лет солнечные батареи использовались только для космоса и то для небольшого перечня задач, такая энергия стоила слишком дорого. В 1977 году стоимость электроэнергии удалось снизить до 76 долларов за 1 ваттную ячейку. Постепенно КПД повышалось: 15% в середине 90-х годов прошлого века и 20% к 2000 году. За последнее десятилетие был сделан большой рывок, удалось достичь отметки КПД в 26%. Сегодня стоимость электроэнергии, полученной таким путем, составляет менее одного доллара за 1 ваттную ячейку. Возможно, Вам это будет интересно:meandr.org Российские ученые изобрели "звездную батарею"Российские ученые изобрели новый альтернативный источник энергии — звездную батарею. Основными элементами этого устройства являются гетероэлектрический конденсатор и гетероэлектрический фотоэлемент, что дает значительные преимущества по сравнению с солнечными батареями современности. Звездная батарея может функционировать при отсутствии солнечного света, улавливая даже инфракрасное излучение! При преобразовании видимого света эффективность устройства составляет 54 процента, инфракрасного излучения — 31 процент. При этом в звездной батарее фототок в четыре раза выше, чем в солнечной, а масса на один ватт практически в 1000 раз меньше, что довольно немаловажно для снижения себестоимости батареи в случае ее промышленного выпуска. Другие цифры также поражают воображение. КПД гетероэлектрического фотоэлемента составляет 90 процентов! И это при том, что КПД применяемых в наше время фотоэлементов не превышает 18 процентов. Это стало возможным благодаря способности гетероэлектрика объединять на одной частоте электромагнитные волны солнечного света, которые имеют разную длину волны, что происходит при их поглощении. При этом установленный в батарее гетероэлектрический конденсатор, который является накопителем энергии, довольно компактен – его объем составляет всего 180 кубических сантиметров, а его емкость — 0,11 Фарады. А началось все с того, что в самом начале XXI века сотрудник НЦеПИ О.А. Займидорога обнаружил в ходе экспериментов, что если на материал, в который введены наночастицы других нескольких материалов (т. н. затравка), воздействовать электромагнитным полем, то возникает явление суперкогерентности, что в свою очередь приводит к смене свойств этого материала. С учетом важности этого открытия руководство НЦеПИ создало отдельное подразделение по дальнейшему изучению и созданию теоретической модели работы гетероэлектриков, которая поможет создавать гетероэлектрики с заданными свойствами. Данное направление исследований получило приоритет в научной деятельности центра. Давайте узнаем про это уникальное открытие подробнее ..
Сначала на основе гетероэлектриков были созданы разные виды стекол с рекордной способностью преломления света. Они могут решать различные задачи в жизни человека, включая защиту от радиации и пожаров. Затем при помощи гетероэлектрика было получено лазерное излучение нового вида. На его основе создали уникальный безрезонаторный нанолазер повышенной компактности, который может послужить в развитии электронной техники и физики. Наконец, уникальные гетероэлектрические фотоэлементы нашли применение в звездной батарее. В целом было разработано и около тридцати изобретений, некоторые из которых не имеют аналогов. Основой звездной батареи стал изобретенный группой сотрудников НЦеПИ новый материал – гетероэлектрик. Принцип создания гетероэлектрика: в «матрицу» из одного материала (например, кремния) вкрапляются на расстоянии, меньшем длины волны внешнего излучения (которое потом будет преобразовываться в электроэнергию), атомы другого материала (например, золота). Такой гетероэлектрик является основой не только для звездных батарей, но еще для 30-ти различных устройств и технологий, применение которых возможно как минимум в 24 областях науки и техники (упоминались, например, «объемные» лазеры, наномикроскопы, квантовые компьютеры, ненавесные элементы интегральных схем, наноусилитель электрического излучения и т.д.). Среди них – гетеро-электрические емкости (конденсаторы) необыкновенной компактности, которые в том числе являются накопителями электрического заряда звездных батарей. Гетероэлектрическая емкость величиной 0, 11 Фарады занимает объем 180 см3 и весит несколько граммов. Для сравнения: электрическая емкость всей планеты Земля составляет примерно 2 Фарады. И еще несколько цифр для осмысления: мощность, снимаемая с 1 кв. метра звездной батареи, составляет 600 ватт. Мощность солнечного излучения – 1300 ватт на квадратный метр. Вся мощность солнечного излучения, приходящегося на нашу территорию, оценивается в 100 тысяч гигаватт, средняя потребляемая мощность в целом по стране составляет 100 Гигаватт. Получаем мы эту электроэнергию на гидро-, тепло-, атомных электростанциях. А можем получать (при умелом использовании звездных батарей) напрямую от Солнца. Фантастическую картину такого светлого будущего каждый может нарисовать себе сам. При этом для продвижения в производство всего пакета из 30-ти запетентованных устройств требуется примерно 1 млрд долларов инвестиций.
Очень хочется думать, что такое продвижение наконец состоится. Потому что недавно корпорация «Норильский никель», с которой НЦеПИ вел переговоры о партнерстве, предпочла на средства, вдесятеро превышающие те, что просили наши изобретатели на доведение звездной батареи до опытного образца (примерно 30 млн долл.), приобрести пакет акций американо-английской фирмы по разработке водородного топлива. Кстати, аналога наших звездных батарей нет нигде в мире. В Институте возобновляемой энергии США смогли изобрести солнечные батареи с эффективностью преобразования энергии 34%. А звездные, работая круглосуточно, преобразуют, напомним, 54% энергии излучения видимого, и 31% невидимого спектра. Неужели не чувствуется разницы? На практике, эффективность звездных батарей может быть в 50 раз выше, чем у солнечных. Возможно, совсем скоро это приведет к появлению новых электростанций, а все переносные аккумуляторные устройства станут работать без подзарядки в десятки раз дольше. При этом ГЭФ имеет массу полупроводникового вещества на ватт энергии в 1000 раз меньше, чем у фотоэлементов современных солнечных батарей. Полученные расчеты указывают на то, что себестоимость гетероэлектрического фотоэлемента звездной батареи будет ниже себестоимости фотоэлемента современной солнечной батареи. Обо всем этом говорилось на презентации образца звездной батареи, на которую в Дубну прибыли представители министерств, Торгово-промышленной палаты РФ, посольства Объединенных Арабских Эмиратов в России, корпораций США и Японии, и, конечно, отечественных заводов, федеральной и региональной прессы. И среди многочисленных вопросов и замечаний прозвучала фраза, которая может оказаться ключевой. Представитель ТПП РФ В.Я.Юртеев заявил: «Мы предлагаем свою площадку для дальнейшего вашего диалога с бизнесом и властью. Это может быть мегапроектом в инновационной сфере, о необходимости которого сейчас говорит российское правительство. Мы хотим предложить провести серию встреч по продвижению вашей продукции в деловые круги».
При первом ознакомлении с материалом, многие подумают, что это очередная «желтая утка». Давайте еще поищем источники Демонстрация состоялась в конце мая этого года, тогда же были сообщения информагенств, в частности ИТАР-ТАСС, вызвавшее довольно широкий резонанс. В частности, на сайте physorg.com оригинальная новость отсутствует, но ее обсуждение осталось. Ответом на сообщение был дружный глумеж американских физиков и других энтузиастов науки, сопровождаемый криками «поверю когда увижу», «звучит как очередное русское надувательство», «Самойлов, выйди из класса» и т. д. Далее, авторы открытия и изобретений на его основе – настоящие (а не псевдо-) ученые — директор НЦеПИ ОИЯИ профессор В. Н. Самойлов, профессор О. А. Займидорога, и сотрудник Физического института им. Лебедева РАН И. Е. Проценко. Статьи, описывающие физику явления, опубликованы в 2000-2002 годах: Статья «К проблеме управляемого виртуального коэффицента преломления«, авторы: А. Н. Ораевский, И. Е. Проценко, А. Ботеро (США) в журнале МФИ им. Лебедева РАН «Квантовая электроника» т. 30 вып. 9 за 2000 г. стр. 809 — 814; Статья «Оптические свойства гетерогенных сред«, авторы А. Н. Ораевский, И. Е. Проценко в журнале в журнале МФИ им. Лебедева РАН «Квантовая электроника» т. 31 №2 за 2001 г. стр. 252 — 255; Статья «Проблема получения высокого показателя преломления и оптические свойства гетерогенных сред«, авторы О. А. Займидорога, В. Н. Самойлов, И. Е. Проценко в журнале ОИЯИ «Физика элементарных частиц и атомного ядра», т. 32 вып. 1 за 2002 г., стр. 101 — 152; На изобретения получен т. н. «зонтичный патент» в 2003 году, см. также здесь. Более подробно и квалифицировано (для журналиста) суть изобретения изложена в статье из некоей дубненской газеты, доступной здесь
Выдержка из статьи: Технологии, разработанные учеными Дубны способны полностью поменять наши сегодняшние представления о технике, промышленности, медицине и других сферах деятельности, сделав нынешнюю научную фантастику повседневностью. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ — ЭТО РЕАЛЬНОСТЬ Фантастические гетероэлектрики Первый приоритет в деятельности центра, как рассказал директор профессор Валентин Николаевич Самойлов, имеют нанотехнологии, развивающиеся на основе нового вещества, открытого и запатентованного под названием гетероэлектрик (название тоже принадлежит этому коллективу, а патент относится к разряду «зонтичных», то есть распространяющихся на все типы устройств и приборов, которые могут быть созданы когда-либо в любой из областей применения на основе этого вещества). В свое время профессор О.А.Займидорога обнаружил интересный эффект: если в какой-либо материал (носитель) ввести наночастицы определенного ряда других материалов (затравку), то воздействие электромагнитного поля вызывает явление суперкогерентности – интенсивные согласованные по времени колебания электронов «затравки», приводящие к интенсивному взаимодействию всего образца (гетероэлектрика) с электромагнитным полем, уникальным образом меняют свойства этого материала. Уже на стадии обнаружения эффекта ученые поняли, что он повлечет за собой много нового. Поэтому решено было создать для изучения гетероэлектриков группу с привлечением теоретиков, которые эффект объяснили, создали теоретическую модель, позволяющую вычислять «формулу» гетероэлектрика с теми или иными навязанными свойствами. После этого приступили к моделированию определенных устройств. Начали с особого вида стекла. Если его производить на основе гетероэлектриков, то это может быть сверхжаропрочное стекло, устойчивое к пожарам, или пропускающее заданный спектр излучения, или использующее часть солнечных лучей для выработки электроэнергии (а на ее основе – тепла для обогрева помещения), или обладающее свойством поглощать радарное излучение и т.д. В этой области центр оформил серию патентов и изобретений. Далее была выполнена серия защищенных патентами разработок высокоэффективных фотоэлементов, их существует три разновидности, и в каждую внесена своя лепта. К этому циклу работ примыкают и разработки по фотокатодам. Все эти элементы, выполненные на основе гетероэлектриков, обладают огромной эффективностью, многократно превышающей нынешние мировые рекордные показатели. Если сегодня коэффициент полезного действия (КПД) фотоэлементов составляет 12 – 18% и научные лаборатории США обещают через несколько лет поднять его до 34%, то для фотоэлементов, изготовленных на основе гетероэлектриков, этот показатель уже сегодня достигает 90%. Мало того, гетероэлектрические фотоэлементы обладают уникальной способностью работать и в ночное время, используя видимые и инфракрасные световые потоки. Так что можно уже говорить не только о солнечных батареях, но и о «звездных», способных вырабатывать электроэнергию в любой климатической зоне и в любое время суток. На базе гетероэлектриков получен также новый вид лазерного излучения и на его основе не имеющий аналогов в мире дипольный нанолазер, который не содержит резонатора – устройства, определяющего габариты всего лазера. То есть нанолазер по своей величине получается в десятки тысяч раз компактнее, чем другие ныне существующие. Изготовление серийного образца нанолазера станет существенным скачком в физике, электронике и лазерной технике. Сейчас на основе гетероэлектриков в центре ведется разработка новой оптики, отличающейся не только улучшением всех параметров, но и обладающие некоторыми абсолютно новыми свойствами. Это только небольшая часть возможных применений гетероэлектрика. А вообще сегодня коллектив авторов патента описал 24 направления применения его, причем по большинству направлений качественный скачок в улучшении различных показателей составляет от 100 до 1000 раз, а в ряде случаев речь вообще идет об абсолютной новизне изделий, то есть прототипы сегодня в практике отсутствуют. Можно ожидать, что внедрение в практику гетероэлектриков даст существенный скачок в научно-технической сфере, революционным образом меняющий всю экономику.
Зачем нужна де-вода Одно из направлений исследований относится к области новейших оздоровительных и профилактических медицинских технологий и входит в государственную программу «Здоровье нации». Речь идет об использовании уникальных свойств деионизированной легкой воды (термин «де-вода» тоже введен специалистами центра). Совместно с Институтом хирургии им. Вишневского в Москве и Институтом цитологии в Санкт-Петербурге проведены многолетние научные эксперименты по изучению благотворного влияния де-воды на человеческий организм при различных заболеваниях. Получены феноменальные результаты. Это, например, практически полное прекращение деления раковых клеток. Заметный иммуномоделирующий эффект. Устранение хирургических инфекций, включая сепсис. Усиление действия лекарств, растворенных в де-воде (а это, как одно из основных следствий, приводит к снижению дозировки препаратов). Антидиабетическое действие: де-вода стимулирует выживаемость клеток, производящих инсулин. Кроме того, де-вода способна прекращать апоптоз – запрограммированную смерть клеток. Перечисленные свойства уникальной воды – основные, но далеко не все из обнаруженных, исследования продолжаются, есть, например, данные о полезности де-воды и в применении к нервным заболеваниям и др. В настоящее время подана заявка на патент «Способ профилактики и лечения заболеваний». Кстати, де-вода применима не только в медицине, но и в технике. В НЦеПИ ее используют при получении сверхчистых редкоземельных элементов. Что же касается медицинского применения, то здесь до широкого внедрения новинки в практику нужно получить необходимые разрешительные документы (сертификаты, лицензии и т.д.). Сейчас поданы несколько заявок на официальное подтверждение способов профилактики и лечения некоторых заболеваний при использовании де-воды. Как известно, в медицине подобные документы оформляются по несколько лет, так как идут обычно перепроверки заявленных свойств. Возможно, бюрократический процесс ускорит тот факт, что исследования проводятся в рамках государственной программы. А эффект от применения предложенных методов просто потрясающий.
Аппарат, определяющий «все» И еще о двух актуальных разработках центра, не имеющих аналогов в мире, – аппаратно-программных комплексах. Первый — по измерению пространственно-частотных характеристик жидкостей, и прежде всего воды. Практически впервые создан инструментарий, позволяющий заглянуть «в глубь» структурного состояния воды — измерить пространственную анизотропию ее диэлектрической проницаемости, пространственно-частотные характеристики кластерной структуры воды. Такие возможности актуальны прежде всего для медицинских исследований, ведь организм человека, как известно, на 90% состоит из воды. Но и в технических целях применение комплекса весьма перспективно. Полученные первые результаты говорят о возможности создания в воде линейных сверхпроводящих кластеров. Второй аппаратно-программный комплекс предназначается для исследования основных параметров вещества, обеспечивает возможность получения качественно новой информации об исследуемых объектах и их свойствах. В итоге устройство позволяет определять не только химический состав, но и химическое соединение, структуру, то есть оно способно различать разные агрегатные состояния (твердое, жидкое, газообразное) одного и того же вещества. Можно представить себе пользу подобных аппаратов в сфере обеспечения безопасности, в экологии, промышленности и множестве других отраслей. Это позволит в том числе создавать базы данных пространственно-частотных характеристик болезней, лекарств и определять их совместимость, что в дальнейшем даст возможность проводить более эффективный подбор и назначение лекарственных препаратов. К исследованиям по медицинской тематике подключается все большее число специалистов – биохимиков, биофизиков, медиков, задача у которых масштабна – выявить и проанализировать свойства различных лекарств (в том числе определить подлинность их изготовления), исследовать их совместимость при лечении различных заболеваний. Мы представили сегодня лишь главные разработки, выполненные в НЦеПИ ОИЯИ. Наверное, даже для читателя, далекого от техники и науки, стало понятно: сегодня дубнинские ученые имеют ряд существенных предложений, массовое использование которых способно преобразить нашу жизнь. Теперь слово за инвесторами, готовыми вместе с учеными осуществить переход от лабораторных образцов к промышленным. «Нам не нужны кредиты и инвестиции, – подчеркивает В.Н.Самойлов, – мы готовы работать на партнерских началах». Таким образом, выяснилось, что, несмотря на желтизну некоторых источников и ненужную сенсационность в подаче материалов, данное открытие, точнее эффект, и сделанные на его основе изобретения отвечают основным критериям научности. Статьи, описывающие эффект и его теоретическое обоснование, появились в научных журналах в 2000 – 2002 годах, изобретения запатентованы в 2003 г. В том же научном центре сделаны и другие открытия и изобретения, в частности, разработанная технология для сверхочистки воды для детектора нейтрино в рамках проекта BOREXINO в ОИЯИ привела к не менее многообещающим результатам. Не исключено, что во всем этом есть большой элемент попила и самопиара, связанный с модным словом «нанотехнология». К тому же, советская наука, не связанная с ВПК, была традиционно слаба во внедрении открытий и изобретений в производство. События последних 15 лет, скажем так, не улучшили ситуацию.
Остается надеяться, что данные открытия не будут положены под сукно каким-нибудь АО «Тормоз», и на их базе будут созданы коммерческие технологии производства революционной оптики, квантовых компьютеров, сверхэффективных фотоэлектрических преобразователей и элементов питания – «суперконденсаторов» на базе гетероэлектрика, более эффективных и технологичных, чем ионисторы, традиционные аккумуляторные батареи или топливные элементы. Не только нефтью и газом сильна земля русская :)
[источники] источники https://plus.google.com/112911509096775739131/posts/hvK27ZgR5B5 http://alternativenergy.ru/energiya/721-zvezdnaya-batareya-na-geteroelektrikah.html http://www.ecoteco.ru/?id=273 http://www.warandpeace.ru/ru/exclusive/view/4634/ http://inventions.ru/post_1205771721.html Вспомним еще о том, что В России изобрели искусственную печень, а так же о том Что экспортирует Россия на мировой рынок кроме нефти?. Недавно я вам рассказывал, что Самый длинный пешеходный подвесной мост в мире — в Сочи ! и о том, что Ещё никогда с момента распада СССР не строилось столько подводных лодок. Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия - http://infoglaz.ru/?p=54229 masterok.livejournal.com Первая солнечная батарея - Кто придумал?Основной элемент фотогальваники вышел в 1954 г. из лаборатории компании «Белл Телефон» в США. Это так называемая солнечная батарея, непосредственно превращающая световую энергию в электрическую. До конца 1990-х гг. их делали в основном из патикристаллического и монокристаллического кремния. Другие полупроводники, например арсенид галлия, обеспечивают большую мощность, но дороже в производстве. Новые идеи, например ячейка Гретцеля, основаны на явлении фотосинтеза. Здесь для превращения света в электрическую энергию используются органические красители.
Использование солнечной энергии Ввиду предстоящего в обозримом будущем исчерпания ископаемых источников электроэнергии фотогальваника приобретает все большее значение. В солнечной Калифорнии и Аризоне уже в 1980-е гг. стали строиться солярно-термические электростанции мощностью до 100 мегаватт. На крышах частных домов все чаще устанавливаются солнечные коллекторы, непосредственно преобразующие солнечные лучи в тепло. Будущее солнечной энергетики -в децентрализованном использовании. Особенно широкие перспективы открываются для нее в развивающихся странах, где централизованное электроснабжение существует не везде и поэтому есть необходимость в локальных источниках энергии. Другая область ее применения - полупроводниковая техника, не требующая высокого напряжения. Здесь фантазия может быть безграничной, тем более, что солнечные батареи давно доказали свою работоспособность как поставщики энергии для спутников, космических аппаратов и космических станций. 1973 г.: Делаверский университет построил жилой дом «Солнечный», получавший электроэнергию на четыре пятых из солнечных батарей. 1981 г.: американец Мак Криди перелетел на созданном им солнечном самолете пролив Ла-Манш. 1994 г.: под Толедо (Испания) и Серре (Италия) построены крупнейшие в Европе солнечные электростанции. 24.08.2018mjjm.ru Солнечная батарея — ВикипедияМатериал из Википедии — свободной энциклопедииСолнечная батарея На крыше автомобиля Prius, 2008Солнечная батарея — один из генераторов альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное излучение(проще говоря - свет) в электричество. Является объектом исследования гелиоэнергетики (от гелиос греч. Ήλιος, Helios — солнце). Производство солнечных батарей развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях.
[править] ИспользованиеСолнечно-ветровая энергоустановкаСолнечные батареи очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крыши жилых зданий для нагрева воды, получения электричества. В перспективе они, вероятно, будут применяться для подзарядки электромобилей. [править] КПД фотоэлементов и модулейМощность потока солнечного излучения на квадратный метр, без учёта потерь в атмосфере, составляет около 1350 ватт[1]. В то же время, удельная мощность солнечного излучения в Европе в очень облачную погоду даже днём может[2] быть менее 100 Вт/м². С помощью наиболее распространённых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с КПД 9-24 %. При этом цена батареи составит около 1—3 долл. за Ватт номинальной мощности. При промышленной генерации электричества с помощью фотоэлементов цена за кВт·ч составит 0,25 долл. Ожидается, что к 2010 году себестоимость снизится до 0,15 долл.[3] Сообщается, что в отдельных лабораториях получены солнечные элементы с КПД 44 %. В 2007 году появилась информация, о изобретении российскими учёными (г. Дубна) элементов с КПД 54 %, но эти высокоэффективные панели не могут массово использоваться в виду своей высокой себестоимости, над этой проблемой и работают многие учёные.
[править] Факторы влияющие на КПДОсобенности строения фотоэлементов вызывают снижение производительности панелей с ростом температуры. Частичное затенение панели вызывает падение выходного напряжения за счёт потерь в неосвещенном элементе, который начинает выступать в роли паразитной нагрузки. От данного недостатка можно избавиться путем установки байпасса на каждый фотоэлемент панели. Из рабочей характеристики фотоэлектрической панели видно, что для достижения наибольшего КПД требуется правильный подбор сопротивления нагрузки. Для этого фотоэлектрические панели не подключают напрямую к нагрузке, а используют контроллер управления фотоэлектрическими системами, обеспечивающий оптимальный режим работы панелей. [править] Использование в космосеСолнечные батареи на МКССолнечные батареи — один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными (в отличие от ядерных и радиоизотопных генераторов). Однако при полётах на большом удалении от Солнца (за орбитой Марса) их использование становится проблематичным, так как поток солнечной энергии обратно пропорционален квадрату расстояния от Солнца. При полётах же к Венере и Меркурию, напротив, мощность солнечных батарей значительно возрастает (в районе Венеры в 2 раза, в районе Меркурия в 6 раз). [править] Мировое производство солнечной энергиисм. Солнечная электростанция
arquivo.pt Кто придумал солнечные батареи? — МегаЛекцииКонструкция
Для строительства, как правило, выбираются экологически корректные материалы, часто традиционные — газобетон, дерево, камень, кирпич. В последнее время часто строят пассивные дома из продуктов переработки неорганического мусора — бетона, стекла и металла. В Германии построены специальные заводы по переработке подобных отходов в строительные материалы для энергоэффективных зданий. Теплоизоляция Фотография в инфракрасных лучах показывает, насколько эффективна теплоизоляция пассивного дома (справа) по сравнению с обычным домом (слева).
Ограждающие конструкции (стены, окна, крыши, пол) стандартных домов имеют довольно большой коэффициент теплопередачи. Это приводит к значительным потерям: например, тепло-потери обыкновенного кирпичного здания — 250—350 кВт·ч с м² отапливаемой площади в год.
Технология пассивного дома предусматривает эффективную теплоизоляцию всех ограждающих поверхностей — не только стен, но и пола, потолка, чердака, подвала и фундамента. В пассивном доме формируется несколько слоёв теплоизоляции — внутренняя и внешняя. Это позволяет не выпускать тепло из дома. Также производится устранение «мостиков холода» в ограждающих конструкциях. В результате в пассивных домах теплопотери через ограждающие поверхности не превышают 15 кВт·ч с 1 м² отапливаемой площади в год — практически в 20 раз ниже, чем в обычных зданиях. Окна
Профиль окна пассивного дома обязан соответствовать теплотехническим стандартам. Конструкции окон проектируются, как правило, не открывающимися или с автоматической функцией открывания/закрывания для проветривания.
В пассивном доме используются герметичные стеклопакеты, 1-камерные (два стекла) или 2-камерные (три стекла), заполненные низкотеплопроводным аргоном или криптоном или стеклопакеты, собранные по принципу стеклоблоков или стеклопакеты с теплой дистанционной рамкой(полимерная или пластиковая, исключающая мостик холода при применении алюминия). Применяется более герметичная конструкция примыкания окон к стенам, утепляются оконные проёмы. Стёкла обрабатываются особым образом — закаливаются с целью избежания теплового шока, покрываются диоксидной солнцеотражающей и энергосберегающей плёнкой. Иногда для дополнительной теплоизоляции на окнах устанавливают ставни, жалюзи или шторки. Вентиляция Пассивный дом использует комбинацию низко-энергетических строительных техник и технологий
В дополнение к теплообменнику (в центре), небольшой тепловой насос вытягивает тепло из выходящего наружу воздуха (слева), а горячая вода нагревает воздух, проходящий через вентиляцию (справа). Возможность контролировать температуру в здании, используя только обычный объём воздуха для вентиляции, является одной из базовых
В обычных домах вентиляция осуществляется за счёт естественного побуждения движения воздуха, который обычно проникает в помещение через специальные пазы (иногда через оконные проветриватели — клапаны приточной вентиляции) в окнах и удаляется пассивными вентиляционными системами, расположенными в кухнях и санузлах.
В энергоэффективных зданиях используется более сложная система: вместо окон с открытыми пазами используются звукоизолирующие герметичные стеклопакеты, а приточно-вытяжная вентиляция помещений осуществляется централизованно через установку рекуперации тепла. Дополнительного повышения энергоэффективности можно добиться, если воздух выходит из дома и поступает в него через подземный воздухопровод, снабжённый теплообменником. В теплообменнике нагретый воздух отдаёт тепло холодному воздуху.
Зимой холодный воздух входит в подземный воздухопровод, нагреваясь там за счёт тепла земли, и затем поступает в рекуператор. В рекуператоре отработанный домашний воздух нагревает поступивший свежий и выбрасывается на улицу. Нагретый свежий воздух, поступающий в дом, имеет в результате температуру около 17 °C.
Летом горячий воздух, поступая в подземный воздухопровод, охлаждается там от контакта с землёй примерно до этой же температуры. За счёт такой системы в пассивном доме постоянно поддерживаются комфортные условия. Лишь иногда бывает необходимо использование маломощных нагревателей или кондиционеров (тепловой насос) для минимальной регулировки температуры. Освещение Могут использоваться светодиодные блоки. Стоимость
В настоящее время стоимость постройки энергосберегающего дома примерно на 8-10 % больше средних показателей для обычного здания. Дополнительные затраты на строительство окупаются в течение 7-10 лет. При этом нет необходимости прокладывать внутри здания трубы водяного отопления, строить котельные, ёмкости для хранения топлива и т. д. Стандарты
В Европе существует следующая классификация зданий в зависимости от их уровня энергопотребления: 1. «Старое здание» (здания построенные до 1970-х годов) — они требуют для своего отопления около трехсот киловатт-часов на квадратный метр в год: 300 кВт·ч/м²год. 2. «Новое здание» (которые строились с 1970-х до 2000 года) — не более 150 кВт·ч/м²год. 3. «Дом низкого потребления энергии» (с 2002 года в Европе не разрешено строительство домов более низкого стандарта) — не более 60 кВт·ч/м²год. 4. «Пассивный дом» — не более 15 кВт·ч/м²год. 5. «Дом нулевой энергии» (здание, архитектурно имеющее тот же стандарт, что и пассивный дом, но инженерно оснащенное таким образом, чтобы потреблять исключительно только ту энергию, которую само и вырабатывает) — 0 кВт·ч/м²год. 6. «Дом плюс энергии» или «активный дом» (здание, которое с помощью установленного на нём инженерного оборудования: солнечных батарей, коллекторов, тепловых насосов, рекуператоров, грунтовых теплообменников и т. п. вырабатывало бы больше энергии, чем само потребляло). 1.1. Энергосбережение в экодоме Солнце не является твердым космическим телом и состоит из газов: в основном из водорода и на четверть из гелия с различными примесями. Из-за непрерывной солнечной активности количество гелия медленно увеличивается, потому что при большой температуре водород превращается в гелий и выделяется много энергии. Эту энергию и используют для работы солнечных батарей.
Кто придумал солнечные батареи?
· Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал аппарат, который при помощи зеркала направлял солнечные лучи на паровой котел. Котел приводил в действие печатную машину, выпускающую газеты. · В 1953 году ученые космического агентства США создали первую настоящую солнечную батарею - устройство, которое преобразует энергию солнца в электричество.
· А затем такие батареи были установлены на одном из первых искусственных спутников Земли, и с тех пор все космические станции имеют многометровые панели с солнечными батареями.
megalektsii.ru история развития технологии – Sunnik
Хотя солнечная энергетика, как мы знаем, не старше 60 лет, история открытий, которые привели к созданию солнечной батареи, началась почти 200 лет тому назад. Эти открытия свойств света и электропроводимости сделали солнечную энергетику такой, какая она есть сегодня.Чтобы помочь вам лучше понять, как появилась солнечная батарея, мы подготовили график открытий и изобретений, которые привели к их созданию. 1839: Наблюдение фотоэффекта Французский ученый Эдмон Беккерель впервые наблюдал фотоэффект в 1839 году . Этот процесс происходит, когда свет поглощается материалом и создается электрическое напряжение. Большинство современных солнечных батарей используют кристаллы кремния для достижения этого эффекта. 1873-1876: Открыта фотопроводимость селена Английский инженер-электрик Уиллоуби Смит обнаружил фотопроводимость селена, то есть он становится электропроводным при поглощении света. Три года спустя Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дей открыли, что селен может производить электричество из света без тепла или движущихся частей, которые могли бы легко сломаться. Это открытие доказало, что солнечную энергию легко можно собрать и сохранить, при этом требуется меньшее количество деталей, чем для других источников энергии — например, для электростанций, работающих на угле. 1883: создание первого фотоэлемента Изобретатель из Нью-Йорка Чарльз Фриттс создал первый солнечный элемент путем покрытия селена тонким слоем золота. Этот фотоэлемент достиг эффективности преобразования энергии в 1-2%. Большинство современных солнечных батарей работают с эффективностью 15-20%. 1887: открыт фотоэлектрический эффект Немецкий физик Генрих Герц впервые наблюдал фотоэлектрический эффект при использовании света для освобождения электронов от твердой поверхности (обычно металлической) для выработки электроэнергии. В отличие от ожидаемых результатов, Герц нашел, что этот процесс производит больше энергии при воздействии ультрафиолетовым светом, а не более интенсивным видимым. Альберт Эйнштейн позже получил Нобелевскую премию за дальнейшее объяснение эффекта. Современные солнечные батареи основываются именно на фотоэлектрическом эффекте для преобразования солнечного света в энергию. 1953-1956: коммерческое производство кремниевых фотоэлементов Физики Лабораторий Белла обнаружили, что кремний является более эффективным, чем селен, создавая первые практичные фотоэлементы — теперь 6% эффективности. Это открытие привело к созданию фотоэлементов, способных питать электрооборудование. В 1956 году Western Electric начала продавать коммерческие лицензии на свои кремниевые фотоэлектрические технологии, но чрезмерно высокая стоимость кремниевых фотоэлементов удерживала их от широкого насыщения рынка. 1958: использование солнечной энергии в космосе После нескольких лет экспериментов по повышению эффективности и коммерциализации солнечной энергии, она получила поддержку, когда американское правительство использовало её для оборудования по изучению космоса. Первый спутник на солнечных батареях Vanguard 1 сделал более 197 000 оборотов вокруг Земли за 50 лет пребывания на орбите. Это применение солнечной энергии открыло путь для дальнейших исследований по снижению затрат и увеличению производства. 1970-ые: исследования снижают стоимость Так как цены на нефть выросли в 1970-е годы, спрос на солнечную энергию вырос. Exxon Corporation профинансировала исследование для создания фотоэлементов, изготовленных из более низкосортного кремния и более дешевых материалов, снизив стоимость со $ 100 за ватт всего лишь до $ 20 — $ 40 за ватт. Федеральное правительство также приняло несколько законопроектов и инициатив, способствовавших развитию солнечной энергетики, и создало Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии (NREL) в 1977 году. 1982: строительство первой солнечной электростанции Arco Solar построил первый солнечный парк — основу солнечной электростанции — в Хесперии, Калифорния, в 1982 г. Эта солнечная электростанция генерирует 1 МВт или 1000 киловатт в час при работе на полную мощность. Это позволяет питать 100-киловаттную лампочку в течение 10 часов. В 1983 году Arco Solar построила второй парк солнечных батарей в Карризо Плейн, штат Калифорния. В то время это была самая большая коллекция солнечных батарей в мире, состоящая из 100 000 батарей, которые генерировали 5,2 мегаватта при работе на полную мощность. Хотя эта солнечная электростанция и пришла в упадок из-за возвращения популярности нефти, она продемонстрировала потенциал для промышленного производства солнечной электроэнергии. 1995: созданы выдвижные солнечные батареи Исследования в области солнечной энергетики продолжают расширятся на другие отрасли: Thomas Faludy подал заявку на патент в 1995 году на выдвижные навесы с интегрированными солнечными батареями. Это был один из первых случаев, когда солнечные батареи были использованы в рекреационных транспортных средствах. Сегодня эта функция является популярным способом питания рекреационных автомобилей (recreational vehicle: специализированный автомобиль или прицеп для любителей автотуризма, разделенный на функциональные секции — кухню, спальню, гостиную, туалет, душ и т.п.). 1994¬-1999: эффективность солнечных батарей поднимается на новый уровень В 1994 году Национальная лаборатория возобновляемой энергии разработала новый фотоэлемент из фосфида индия — галлия и арсенида галлия, эффективность которого превысила 30%. К концу века лаборатория создала тонкопленочные фотоэлементы, которые преобразовывали 32% солнечного света в полезную энергию. 2005: стали популярными самодельные солнечные батареи Поскольку технология и эффективность солнечных батарей выросли, становится все более популярным использование солнечной энергии для дома. Самодельные солнечные батареи стали хитом рынка в 2005 году и стали распространяться с каждым новым годом все больше и больше. На сегодняшний день существует много способов, как сделать свои собственные солнечные батареи, от сборки комплекта солнечных батарей до планирования стрингов солнечных батарей. 2015: печатная гибкая солнечная батарея — хит рынка Сейчас производятся тонкие, как бумага, фотоэлементы с использованием промышленного принтера. Они имеют 20% эффективности преобразования солнечной энергии, и одна полоса может производить до 50 ватт на квадратный метр. Это хорошая новость для 1,3 миллиарда человек в развивающихся странах, поскольку такие полосы являются гибкими и недороги в производстве. 2016: открытие термофотоэлементов, работающих без солнца
Солнечная энергия прошла долгий путь за последние 200 лет от наблюдения за свойствами света до поиска новых способов его преобразования в электроэнергию. Эта технология не проявляет никаких признаков замедления — она идет вперед с беспрецедентной скоростью. Будьте в курсе последних новостей о солнечной энергии и заранее решите, является ли солнечная энергия правильным выбором для Вас. Если Вам необходимы солнечные батареи для дома или дачи, наша компания всегда готова предложить Вам идеальные варианты по электроснабжению Вашего домохозяйства:
Источник: http://ems-int.com/blog/a-history-of-solar-cells-how-technology-has-evolved/ sunnik.com.ua |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Электричество давно стало привычным и без него уже сложно представить нашу жизнь. Ведь это не только обычный свет в нашем доме, но и «двигатель» всего прогресса. А в перспективе цивилизация перейдет на электричество от солнечных батарей. Кто первым догадался, как преобразовать солнечный свет в электрический?
Команда исследователей из Калифорнийского Университета, Беркли, и Австралийского национального университета обнаружила новые свойства наноматериала. Одно из таких свойств называется магнитной гиперболической дисперсией, что означает, что материал светится при нагревании. В сочетании с термофотоэлектрическими элементами, он может превратить тепло в электричество без солнечного света.
