ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Выполнила: ученица 10 класса ГОУ 363 Воронцова Екатерина Руководитель: учитель физики Орлова Ольга Валерьевна

Тепловая электростанция Гидроэлектростанция Атомная станция Солнечная электростанция

Задачи: 1) Познакомиться с историей развития солнечной батареи. 2) Рассмотреть конструкцию солнечной батареи. 3) Описать явления, положенные в основу работы солнечной батареи. 4) Исследовать эффективность солнечной батареи и способы её повышения. 5) Ознакомиться с областями применения солнечной батареи. 6) Проанализировать достоинства и недостатки, планы и перспективы их развития. 7) Провести практическое исследование фотоэлектрического генератора. Цель работы: изучить работу фотоэлектрического генератора, т.е. солнечной батареи.

Мировая солнечная энергетика.

Работа фотоэлектрического преобразователя Фотоэлемент - электронный прибор, в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется ЭДС

Конструкция фотоэлектрического генератора Солнечный модуль - это батарея взаимосвязанных солнечных элементов, заключенных под стеклянной крышкой. Конструкция фотоэлектрического генератора

Материал фотоэлектрического генератора Современное производство фотоэлементов практически полностью основано на кремнии. Около 80% всех модулей производится с использованием поли- или монокристаллического кремния, а остальные 20% используют аморфный кремний. Монокристаллический кремний имеет наилучшую эффективность (около 14%), но он дороже, чем поликристаллический, эффективность которого в среднем составляет 11%. Один килограмм кремния в фотоэлектрической станции за 30 лет вырабатывает электрическую энергию, для производства которой на тепловой электростанции требуется 75 т нефти. Поэтому кремний называют нефтью 21-го века.

Характеристики фотоэлемента Интегральная чувствительностьСпектральная характеристика K = I кз /ФK λ = I кз /Ф λ

Практическое исследование Цель: исследовать ЭДС фотоэлектрического генератора, измерить интегральную чувствительность и определить спектральную характеристику ФЭП. Оборудование: Батарея кремниевая БСК-1, площадью S = 1117см 2 = см 2 Источник света – фильмопроектор Ф75-1М Цифровая лаборатория NOVA датчик напряжения ±25 Β (погрешность ±3%) датчик тока ±250 мA (погрешность ±5%) датчик освещенности лк

Зависимость фото -ЭДС от освещенности

Зависимость силы тока от освещенности. Интегральная чувствительность K = I кз /Ф Ф = ЕS K = 173мкА/Лм

Зависимость ЭДС от площади солнечной батареи S1= S S 2 =2/3S S3=1/3S S4=0

Зависимость ЭДС от угла падения лучей на батарею

1.ЭДС и сила тока короткого замыкания вентильного фотоэлемента пропорциональна интенсивности падающего излучения. 2.С увеличением площади солнечной батареи увеличивается ЭДС, вырабатываемая ею. 3.ЭДС зависит от угла падения лучей на батарею. Чем больше угол падения, тем меньше фото ЭДС. Максимальная ЭДС наблюдается при нормальном падении лучей на батарею. 4.Эффективность солнечной батареи зависит от длины волны, падающего излучения. Максимальная чувствительность кремниевого ФЭП наблюдается в фиолетовой части спектра, минимальная – в зеленой. Результаты исследования:

Достоинства и недостатки ФЭП ДостоинстваНедостатки 1) Солнечные фотоэлектрические батареи долговечны (служат 30 лет и больше) 2) Бесшумны 3) Не нуждаются в ремонте, т.к. в них нет движущихся механических деталей. 4) Требуют минимального обслуживания. 5) В них не используется вода, и поэтому они хорошо приспособлены для отдаленных и пустынных районов. 6) При работе солнечных установок практически не выделяется тепло в приземные слои атмосферы. 7) Не создается парниковый эффект и не происходит загрязнения воздуха.. 8) Отсутствуют промежуточные фазы преобразования энергии. 1) Эффективность зависимост от состояния атмосферы 2) От времени суток 3) От времени года 4) Более высокая стоимость вырабатываемой электроэнергии, по сравнению с энергией, получаемой за счет использования традиционных источников энергии. 5) Низкий КПД (примерно 12 %). 6) КПД зависит от температуры поверхности полупроводникового слоя. 7) Чувствительны к механическим повреждениям. 8) Обладают высоким удельным весом 9) Солнечные батареи имеют большую площадь.

Эффективность фотоэлектрических преобразователей Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с: Отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя, Прохождением части излучения через элемент без поглощения в нём, Внутренним сопротивлением преобразователя, Рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов, Рекомбинацией образовавшихся фото-пар на поверхностях и в объёме ФЭП Различной чувствительностью фотоэлемента

Эффективность фотоэлектрических преобразователей Для уменьшения всех видов потерь энергии в солнечных батареях успешно разрабатываются и применяется различные мероприятия: Поиск и использование полупроводников наиболее подходящих для преобразования солнечного излучения; Направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём оптимального добавления примесей; Переход от гомогенных к гетерогенным полупроводниковым структурам; Применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту элементов от космической радиации; Разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра; Создание преобразователей с двухсторонней чувствительностью, Применения люминесцентно- переизлучающих структур, Предварительного разложения солнечного спектра на спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным фотоэлектрическим преобразователем.

В опытной разработке находятся несколько типов альтернативных тонкопленочных фотоэлементов Наиболее отлаженными из исследуемых в настоящее время тонкопленочных систем являются фотоэлементы из следующих материалов: аморфный кремний (a-Si: H), теллурид/сульфид кадмия (CTS), медно-индиевый или медно-галлиевый диселенид (CIS or CIGS), тонкопленочный кристаллический кремний(c-Si film),

А.Ф. ИоффеЖ.И. Алферов Большую перспективу открывают гетероструктурные полупроводники, эффективность которых в два раза выше, чем простых кремниевых образцов. За открытие гетероструктур и их внедрение продолжатель работ А. Ф. Иоффе директор ФТИ академик Ж. И. Алферов получил в 2000 году Нобелевскую премию.

Применение фотоэлектрических генераторов

Будущее за солнечной энергетикой «Солнце разлито поровну. Вернее, по справедливости. Вернее постольку разлито, кто сколько способен взять» Владимир Солоухин