Солнечные батареиВведение
Источником энергии солнечного излучения служит термоядерная реакция – каждую секунду на Солнце ~6*1011 кг водорода превращается в гелий. Дефект массы при этом составляет 4000 кг, что согласно соотношению Эйнштейна E=mc2 приводит к выделению 4*1020 Дж энергии. Основная часть этой энергии испускается в виде электромагнитного излучения в диапазоне 0,2–3 мкм. Поскольку полная масса Солнца ~2*1030 кг, оно должно пребывать в достаточно стабильном состоянии свыше 10 млрд. лет с постоянным выделением энергии. Интенсивность солнечного излучения в свободном пространстве на удалении, равном среднему расстоянию между Землей и Солнцем, называется солнечной радиацией. Ее величина – 1353 Вт/м2. При прохождении через атмосферу солнечный свет ослабляется в основном из-за поглощения инфракрасного излучения парами воды, ультрафиолетового излучения – озоном и рассеяния излучения частицами атмосферной пыли и аэрозолями. Показатель атмосферного влияния на интенсивность солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, называется “воздушной массой” (АМ). АМ определяется как секанс угла между Солнцем и зенитом. На практике для превращения энергии излучения в электрическую энергию применяются полупроводниковые фотоэлементы с р—п-переходом, действие которых основано на внутреннем фотоэффекте. Большое распространение получили кремниевые фотоэлементы, используемые для преобразования энергии солнечного излучения, получившие название солнечных батарей.Солнечная.swf 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 (рис. 643). Вспомним, что при этом все нескомпен-сированные заряды будут сосредоточены в р—n-переходе, а p-область, так же как и n-область, окажется электрически нейтральной. При освещении поверхности элемента в тонком наружном слое р-тппа генерируются пары «электрон-дырка», большинство которых вследствие тонкости слоя, не успев претерпеть рекомбинации, попадает1 в р—n-переход. Под действием поля электроны перемещаются к n-области, а дырки — к p-области. Это означает, что при освещении между электродами возникает э. д. с, величина которой достигает 0,5 в. При замыкании электродов элемент может создавать ток до 25 ма с каждого квадратного сантиметра освещаемой поверхности. Наибольшая чувствительность кремниевых фотоэлементов приходится на зеленые лучи, т. е. на те длины волн, которым соответствует максимум энергии солнечного излучения, чем, в частности, и объясняется их довольно высокий к. п. д. Солнечные батареи, устанавливаемые на искусственных спутниках Земли и космических кораблях, дают электрическую энергию, необходимую для работы бортовой аппаратуры. К инфракрасному излучению германиевые фотоэлементы более чувствительны, чем кремниевые. Солнечное излучение Спектр АМ1 - когда солнце стоит в зените; при этом Р ~925 Вт/м2.
Спектр АМ2 реализуется при =60; при этом Р ~691Вт/м2..
Средняя интенсивность излучения на Земле примерно совпадает с интенсивностью излучения, прошедшего через воздушную массу АМ1,5 ; при этом составляет Р ~844 Вт/м2.
На рис.1 приведены четыре кривые, иллюстрирующие спектральное распределение интенсивности солнечного излучения (мощность на единицу площади в единичном интервале длин волн). Верхняя кривая соответствует солнечному спектру за пределами земной атмосферы, т.е. при нулевой воздушной массе (АМ0). Это распределение можно аппроксимировать распределением интенсивности черного тела при температуре 5800 К. Спектр АМ0 определяет работу солнечных батарей на спутниках и космических кораблях. Спектр АМ1 соответствует распределению солнечного излучения на поверхности Земли, когда солнце стоит в зените; при этом полная мощность излучения составляет ~925 Вт/м2. Средняя интенсивность излучения на Земле примерно совпадает с интенсивностью излучения, прошедшего через воздушную массу, равную 1,5, что соответствует положению Солнца под углом 45 к горизонту.
Slaidy.com
