Презентация по физике на тему «Солнечные батареи и их применение»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Солнечные батареи и их применение Канарейкин А. И.
Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии. Для начала что такое Солнечная батарея — объединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя.
Как открыли солнечную энергию Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцем до 88°С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит — за минуту.
Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены опять-таки во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор — аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.
Применение солнечных батарей Солнечные батареи могут применяться практически повсеместно: Электромобили. Портативная электроника. Калькуляторы, фонарики, плееры и так далее, то есть везде, где требуется подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники. Авиация. Так создан самолет Solar Impulse, работающий только на солнечной энергии. Энергообеспечение домов, школ, аэропортов и иных зданий. Солнечные батареи широко используются в субтропических и тропических регионах, где много солнечных дней. В особенности популярны они в странах Средиземноморья. Использование в космосе. СБ ставят на МКС, устанавливают на спутниках, космических и межпланетных аппаратах, а также многое другое.
Достоинства и недостатки Среди преимуществ можно отметить: Экологичность; Долговечность, фотоэлементы служат несколько десятков лет; Простой принцип работы. Благодаря чему поломок в солнечной батарее практически не бывает; Бесшумность; Возможность постоянной работы; Не нужно топлива; Общедоступность; Возможность изменения мощности системы. Среди недостатков можно отметить: Низкий КПД. Нужна большая площадь батарей, чтобы обеспечить нужды даже небольшой семьи; Сложность сборки системы и наладки; Достаточно высокая стоимость солнечных батарей, а также низкая окупаемость системы.
Перспективы Стремление человечества к эко логичности и отказу от нефти приведет к внедрению все больших энергосберегающих технологий. Это значит, что солнечные батареи будут использоваться повсеместно. А создание панелей с более высоким КПД позволит: Оборудовать большинство зданий панелями для получения энергии; Монтировать их в автомобили, дороги, роботы и многочисленные иные приборы; Устанавливать их в одежду и даже вживлять в человека. Южнокорейские ученые уже создали подкожную солнечную батарею, которая в 15 раз тоньше волоса. Она обеспечивает бесперебойную работу приборов, которые имплантированы в тело, к примеру, кардиостимулятора.
Солнечная батарея Солнечная батарея — один из генераторов так называемых альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное излучение в электричество. Производство солнечных батарей развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях.
Физический принцип работы солнечных батарей Преобразование энергии в ФЭП основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.
Номер материала: ДБ-1235046
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Власти Москвы объявили об обязательной вакцинации работников сферы образования
Время чтения: 2 минуты
Уральскому студенту снизили дипломную оценку за цветные волосы
Время чтения: 1 минута
Всероссийская конференция по контролю за школьным питанием пройдет в Саранске в августе
Время чтения: 1 минута
Депутат Госдумы предложил отменить ЕГЭ по гуманитарным предметам
Время чтения: 1 минута
Более 347 тысяч человек принимают участие в ЕГЭ по обществознанию
Время чтения: 1 минута
ЕГЭ по биологии и иностранным языкам проходят 18 июня
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Источник
Солнечные батареи. Альтернативные источники энергии. — презентация
Презентация была опубликована 5 лет назад пользователемГульдана Хабдуллина
Похожие презентации
Презентация на тему: » Солнечные батареи. Альтернативные источники энергии.» — Транскрипт:
2 Альтернативные источники энергии
3 Солнечные батареи в современном мире – одно из немногих, и одно из самых перспективных средств для получения энергии из возобновляемых источников. Актуальность использования СБ в качестве источника энергии со временем будет только возрастать. В настоящее время ведутся многочисленные научные исследования, в целях которых — повышение эффективности работы СБ, и повышение их доступности.
4 Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток [1]. Солнечные батареи «Схема работы солнечных батарей»
5 Солнечная батарея — полупроводниковый фотоэлектрический генератор, непосредственно преобразующий энергию солнечной радиации в электрическую энергию С конструктивной точки зрения солнечная батарея – плоская панель, состоящая из размещенных вплотную фотоэлементов и электрических соединений, защищенная с лицевой стороны прозрачным твердым покрытием. Число фотоэлементов в батарее может быть различным, от нескольких десятков до нескольких тысяч.
6 Электрический ток в солнечной батарее возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементах при попадании на них солнечного излучения. Действие СБ основано на использовании вентильного (барьерного) фотоэффекта — возникновении электродвижущей силы в p-n переходе под действием света.
7 Энергетические характеристики солнечных батарей определяются полупроводниковым материалом, конструктивными особенностями, количеством элементов в батарее. Распространенные материалы: Si — КПД до 20% GaAs – наиболее перспективный материал, КПД до 40%. CdTe (теллурид кадмия) – так же перспективный материал, пленки CdTe достаточно дешевы в изготовлении.
8 Распространенные конструктивные решения: СЭ на барьерах Шоттки СЭ на гетеропереходах Каскадные СЭ – СЭ с несколькими p-n переходами
9 Принцип работы солнечных батарей Солнечный элемент на p-n структурах. Элемент солнечной батареи представляет собой пластинку кремния n-типа, окруженную слоем кремния р-типа толщиной около одного микрона, с контактами для присоединения к внешней цепи. Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон — дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n- переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область.
10 Аналогичным образом и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой (рис. а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис. б). Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой – положительному.
11 ВАХ солнечного элемента: Величина установившейся фотоЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описывается уравнением вольт — амперной характеристики (ВАХ): U = (kT/q)ln(1+(I ф -I)/Is) где Is – ток насыщения, I ф – фототок. Уравнение ВАХ справедливо и при освещении фотоэлемента светом произвольного спектрального состава, изменяется лишь значение фототока Iф. Максимальная мощность отбирается в том случае, когда фотоэлемент находится в режиме, отмеченном точкой а.
12 Солнечные элементы на барьерах Шоттки.
13 Две основные компоненты фототока связаны с генерацией носителей в обедненном слое и в базовой области. Сильное поле в обеднённом слое выносит из него генерируемые светом носители еще до того, как они успевают прорекомбинировать, вследствие чего фототок оказывается равным (1) где a – коэффициент поглощения, F(λ) – плотность потока падающих фотонов в единичном спектральном интервале, Т(λ ) — коэффициент пропускания металлом монохроматического света с длиной волны λ. Фототок, создаваемый генерацией носителей в базовой области, описывается выражением (2) Полный фототок равен сумме выражений (1) и (2). Для увеличения фототока следует повышать коэффициент пропускания Т и диффузионную длину Ln.
14 Преимущества солнечных элементов с барьерами Шоттки: Изготовление таких элементов можно осуществлять при низких температурах, поскольку отпадает необходимость в проведении высоковольтной операции — диффузии; Применение данной технологии при создании поликристаллических и тонкоплёночных солнечных элементов; Высокая радиационная стойкость элементов, поскольку вблизи их поверхности существует сильное электрическое поле; Большой выходной ток и хороший спектральный отклик, что обусловлено непосредственным примыканием обеднённого слоя к поверхности полупроводника, вследствие чего ослабляется негативное влияние малых времен жизни и высокой скорости поверхностной рекомбинации.
15 Солнечные элементы на гетеропереходах. Гетероструктурные СЭ на основе GaAs имеют более высокий КПД, чем кремниевые СЭ (монокристаллические и особенно — аморфного кремния). КПД арсенид-галлиевых солнечных батарей доходит до 35-40%. Их максимальная рабочая температура — до +150 о С, в отличии от + 70 о С — у кремниевых батарей. Их теоретический КПД выше, так как ширина запрещённой зоны у них практически совпадает с оптимальной шириной запрещённой зоны для полупроводниковых преобразователей солнечной энергии =1,4 эВ. У кремниевых этот показатель =1,1 эВ.
16 Энергетическая диаграмма n-p- гетероперехода Гетеропереходы — это переходы, образующиеся при контакте двух различных полупроводников.
17 Преимущества солнечных элементов с гетеропереходами перед обычными солнечными элементами с p — n- переходами: Увеличение спектрального отклика в коротковолновом диапазоне при условии, что энергия Eg1 достаточно велика и фотоны с высокой энергией поглощаются в обедненном слое второго полупроводника; Понижение последовательного сопротивления при условии, что первый полупроводник можно сильно легировать, не ухудшая при этом условия прохождения света через него; Более высокая радиационная стойкость, если первый слой полупроводника достаточно толстый и полупроводник имеет широкую запрещенную зону.
18 Каскадные солнечные элементы: Большинство современных СЭ обладают одним p-n-переходом. В таком элементе свободные носители заряда создаются только теми фотонами, энергия которых больше или равна ширине запрещенной зоны. Другими словами, фотоэлектрический отклик однопереходного элемента ограничен частью солнечного спектра, энергия которого выше ширины запрещенной зоны, а фотоны меньшей энергии не используются. Преодолеть это ограничение позволяют многослойные структуры из двух и более СЭ с различной шириной запрещенной зоны. Такие элементы называются многопереходными, каскадными или тандемными. Каскадные СЭ работают со значительно большей частью солнечного спектра, и эффективность фотоэлектрического преобразования у них выше.
19 В многопереходном солнечном элементе одиночные фотоэлементы расположены друг за другом таким образом, что солнечный свет сначала попадает на элемент с наибольшей шириной запрещенной зоны, при этом поглощаются фотоны с наибольшей энергией. Пропущенные верхним слоем фотоны проникают в следующий элемент с меньшей шириной запрещенной зоны и т.д.
20 Применение солнечных батарей: В настоящее время СБ главным образом используются в космонавтике, для снабжения электроэнергией аппаратуры спутников и систем жизнеобеспечения космических кораблей и станций, а также заряжают электрохимические аккумуляторы, используемые на теневых участках орбиты. На земле СБ в основном используются для питания устройств автоматики, переносных радиостанций и радиоприёмников, для катодной антикоррозионной защиты нефти- и газопроводов. Всё более часто СБ применяются в различных бытовых устройствах, которые доступны широкому кругу потребителей.
21 Солнечная энергетика в Казахстане
22 Ежемесячная и годовая суммарная солнечная освещенность горизонтальной поверхности, МДж/м 2
23 Ежемесячная и годовая суммарная солнечная освещенность поверхности перпендикулярной к потоку излучения, МДж/м 2
24 Прямое солнечное излучение на поверхность, перпендикулярную к излучению (Источник: NASA)
25 Солнечное излучение на горизонтальную поверхность (Источник: NASA)
26 Использование солнечной энергии в Казахстане в целом незначительно, при том, что годовая длительность солнечного света составляет часов в год, а оцениваемая мощность к Вт на 1 м² в год. Запуск производственной линии дочернего предприятия Казатомпрома ТОО «Astana Solar» консорциум «Солнечная крыша» в Казахстане, состоящий из фирм PRETHERM solutions GmbH, BAE Batterien GmbH, DPU Investment GmbH и PRETHERM GmbH соорудил «солнечную крышу» в Байконуре
Источник