Солнечные батареи

§ 32. СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

В средних широтах на 1 м² земной поверхности солнце излучает (в среднем) энергию зимой 80 вт и летом 300 вт, а при прямом сол­нечном освещении—до 1000 вт.

Одним из методов использования тепла солнечных лучей являет­ся сооружение солнечных тепловых электростанций. В такой элек­тростанции имеется параболическое зеркало или система зеркал, с помощью которой тепловая энергия солнечных лучей концентри­руется в фокусе зеркал, где устанавливается бак с водой. Под дей­ствием тепла солнечных лучей вода в баке нагревается, превра­щается в пар, которым приводится в действие паровая машина или турбина, вращающая ротор электрического генератора. Такие электротепловые установки не являются непосредственными преоб­разователями энергии и их использование связано со значительным расходом энергии и требует применения громоздких и дорогостоя­щих вспомогательных устройств.

Одним из методов преобразования энергии солнечных лучей в электрическую является термоэлектрический, при котором исполь­зуется поглощающее зеркало или коллектор с термоэлектрическим генератором. Однако этот метод не может служить для получения больших мощностей, так как термобатареи генератора имеют боль­шое внутреннее сопротивление.

Более просто преобразуется энергия солнечных лучей в электри­ческую при помощи фотоэлектрического метода. Благодаря просто­те устройства и малому весу фотоэлектрические преобразователи находят широкое использование в качестве источников электриче­ской энергии малой мощности.

Солнечные батареи или фотоэлектрические преобразователи представляют собой несколько фотоэлементов, соединенных между собой. Последовательное соединение фотоэлементов дает возмож­ность повысить напряжение, параллельное соединение увеличивает ток в цепи нагрузки. В солнечных батареях фотоэлементы соеди­няются последовательно в одну ветвь и отдельные ветви между со­бой соединяются параллельно.

Простейшим фотоэлементом является селеновый. Селеновые фотоэлементы имеют очень низкий к. п. д. (менее 0,1%) и обладают большим внутренним сопротивлением, вследствие чего они не на­шли применения для солнечных батарей.

Кроме селена, для изготовления фотоэлементов применяют сер­нистый таллий, закись меди, сернистое серебро, германий и крем­ний.

В настоящее время для фотоэлектрических преобразователей используют кремниевые фотоэлементы, представляющие собой полупроводники с р — n-переходами.

Солнечные батареи используют в качестве источника электриче­ской энергии для радиоприемников с полупроводниковыми прибо­рами, а также наряду с химическими источниками электрической энергии    для    питания    радиотехнической    и    телеметрической аппаратуры в спутниках земли и в автоматических межпланетных станциях.

Солнечная батарея, расположенная на поверхности корпусов спутника и автоматической межпланетной станции, снабжает элект­рической энергией коротковолновый радиопередатчик и заряжает аккумуляторную батарею, от которой в ночное время получает электропитание аппаратура.

Промышленностью освоено производство солнечных батарей двух типов: прямоугольной, развивающей в летний ясный день 5 в при токе 20 ма, и шестиугольной, обеспечивающей в тех же усло­виях 7 в при токе 40 ма.

Солнечные батареи просты по устройству, имеют неограничен­ный срок службы и работают в большом диапазоне изменения тем­пературы. Это делает весьма перспективным применение солнечных батарей для питания радиоаппаратуры шаров-зондов, ракет и т. д. Недостатком солнечных батарей является высокая стоимость изго­товления химически чистого кремния.

Помимо кремниевых солнечных батарей, строят также батареи на основе сульфидно-кадмиевых и арсенидо-галлиевых элементов, которые имеют весьма высокие показатели.

Контрольные вопросы

1.       В каких единицах измеряют э. д. с, напряжение и силу тока?

2.       От чего зависит сопротивление металлического проводника?

3.       Сформулируйте закон Ома для замкнутой электрической цепи и для ее участка.

4. Каково соотношение между э. д. с. и напряжением на зажимах источника энергии?

5. Как определяется сила тока при коротком замыкании зажимов источника энергии?

6. Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа.

7.       Как измеряют общее сопротивление при последовательном, параллельном и смешанном соединении потребителей энергии?

8.       Как определить напряжение на зажимах двух параллельно соединенных источников энергии с различными э. д. с, замкнутых на какой-либо потребитель энергии?          ....

9.       Чему равна работа и мощность электрического тока и в каких единицах они измеряются?

10.       Сформулируйте закон Ленца — Джоуля.

11.       Как определяется количество теплоты, выделяющейся в проводнике, по которому протекает ток?

12.       Где используется нагрев проводников протекающими в них токами?

13.       Сформулируйте первый и второй законы Фарадея.

14.       Объясните устройство сухих гальванических элементов.

15.       Как устроены кислотный и щелочной аккумуляторы?

16.       Что называется емкостью аккумулятора и от чего она зависит?