XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Использование преобразователей солнечной энергии зависит от спектрального распределения энергии солнечного излучения, соотношения прихода-расхода солнечной энергии, коэффициента пропускания атмосферы от длины волны, потери солнечной радиации от коэффициента пропускания облаков, зависимости годовой солнечной энергии от широты местности, различных климатических зон. Наиболее выгодно применение солнечных установок в южных и юго-восточных регионах России.

Фотоэлементы (ФЭ) - предназначены для прямого получения электрической энергии посредством фотоэффекта.

Основные проблемы использования ФЭ состоят в увеличении их КПД, значительном снижении стоимости вырабатываемой электроэнергии, совершенствования технологических процессов изготовления ФЭ, создания нового технологического оборудования и новых технических решений и систем их использования [1, 2, 3, 4].

В Японии разрабатывались солнечные фотоэлектрические элементы (ФЭ) на основе а - кремния (в соответствии с программой “Sun Shine”).

Фотопреобразователи на основе а-кремния имеют более низкие КПД, но обладают меньшей стоимостью вырабатываемой энергии в сравнении с монокристаллическими ФЭ [5, 6].

Исследование тонкопленочных солнечных элементов получила широкое распространение, как в теории, так и в технологии их изготовления.

Наибольшим КПД обладают ФЭ на основе Si и GaAs, а наиболее распространенными являются моно- и поликристаллические кремниевые ФЭ.

Согласно работам при использовании кремниевых ФЭ оптимальной является концентрация 10-100 крат. Кремниевые ФЭ обладают большей теплопроводностью, чем GaAs, что позволяет организовать эффективный теплоотвод при одинаковых коэффициентах концентрации без специальных мер, предупреждающих разрушение ФЭ. Оптимальный уровень освещённости 32000 (для Si) и 40000 (для GaAs) Вт/м². Достигнутый КПД ФЭ из кремния, как и для ФЭ из арсенида галлия, составил 27 - 29 % при концентрациях K ~ 100.

Наиболее эффективными, но дорогостоящими являются многопереходные ФЭ на основе арсенида галлия.

Активно исследуются ФЭ на основе различных гетероструктур pSi-n(Si2)1 - x(ZnSe)x (0£х£0,01), n-CdS/p-CdTe-гетероструктур, CdTe, Pb20GexSe80-xthin.

Существующие в настоящее время фотоэлектрические модули (ФМ) можно классифицировать по количеству p-n переходов, по расположению p-n перехода - планарные и с вертикальными p-n переходами.

К многопереходным ФМ можно отнести планарные - каскадные и ФМ с вертикальным p-n переходом . Многопереходные ФМ с вертикальными p-n переходами, наиболее интенсивно разрабатывались в России под руководством академика Стребкова Д.С. Новый тип каскадных ФМ концентрированного излучения на основе гомогенных туннельных структур, разработан Евдокимовым В.М.

В России создаются солнечные батареи нового поколения. В одной из новых батарей заложена идея академика Алфёрова Ж.И., которая состоит в замене основы из GaAs на кристаллический кремний с полупроводниковыми наноструктурами, такой энергопроизводящий солнечный модуль будет стоить вдвое дешевле и иметь вдвое больший КПД. Другая солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка мощностью 1 кВт создана также в Физико­техническом институте им. А.Ф. Иоффе под руководством Андреева В.М. с наногетероструктурными каскадными фотопреобразователями на основе GaAs с КПД 36 %, что в два - три раза выше, чем у батарей, созданных на основе кремния.

Дальнейшее развитие конструкций фотоэлектрических установок и их внедрение в производство представляет достаточно перспективное направление в области повышения энергоэффективности работы предприятий АПК [7, 8].

Литература

Безруких, П.П. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии: монография / П.П. Безруких, Ю.Д. Арбузов, Г.А. Борисов, В.А. Виссарионов, В.М. Евдокимов, Н.К. Малинин, Н.В. Огородов, В.Н. Пузаков, Г.И. Сидоренко, А.А. Шпак. - СПб.: Наука, 2002. - 314 с.

Топливо и энергетика России (справочник специалиста топливно­энергетического комплекса) / Под ред. А.А. Мастепанова. - М.: ИПРОЭнерго, 2000. - 17 с.

Мелентьев, Л.А. Оптимизация развития и управления больших систем энергетики: монография / Л.А. Мелентьев. - М.: Высшая школа, 1982. 319 с.

Мелентьев, Л.А. Системные исследования в энергетике: монография / Л.А. Мелентьев. - М.: Наука, 1983. - 455 с.

Васильев, Ю.С. Экология использования возобновляющихся источников энергии: монография / Ю.С. Васильев, Н.И. Хрисанов. - Л.: ЛГУ, 1991. 343 с.

Bezrukikh, P. Basic charakteristiks of Enerqy Renewed Resources and Prospects of their Utilization in Fuel and Enerqetical Balance of Russia / P. Bezrukikh, V. Vissarionov // Proceedings of the Second Intern. Seminar. -1993. - Vol. 1. - C. 11-21.

Беззубцева М.М, Волков В.С. Будущее энергетики человечества: учебное пособие. – СПб.: СПбГАУ, 2014. – 132 с.

Беззубцева М.М., Юлдашев З.Ш. Исследование энергетических характеристик фотоэлектрического преобразователя солнечной энергии (солнечного элемента). –СПб.: СПбГАУ, 2015. - 96 с.