Анализ применения фотоэлектрических преобразователей

Авторы: Ремесник Д. В., Катеров Ф. В.

Источник: сборник статей Международной научно – практической конференции (3 августа 2016 г, г. Челябинск). – Уфа: МЦИИ ОМЕГА САЙНС,2016. – С. 15-17.

Аннотация: В статье проанализировано применение фотоэлектрических преобразователей

Ключевые слова: Фотоэлектрические преобразователи, альтернативные источники энергии, возобновляемые источники энергии, фотоэффект.

Выбивание светом электронов с поверхности токопроводящих материалов – явление, широко используемое сегодня в повседневной жизни. Если на пути светового луча появляется препятствие, свет на датчик поступать перестает, поток электронов прекращается, цепь разрывается – и срабатывает электронная сигнализация.

Это явление, получившее название фотоэлектрического эффекта, или, кратко, фотоэффекта, было открыто в конце XIX столетия и сразу поставило целый ряд фундаментальных вопросов, поскольку ничего из того, что было известно ученым о строении металлов или природе света, фотоэффекта не объясняло. Электромагнитные волны, по идее, могли «вымывать» электроны из металла подобно тому, как морские волны выносят на поверхность и постепенно прибивают к берегу легкие пробковые крошки. Однако проблема состояла в том, что столь простым объяснением в случае фотоэффекта ограничиться было невозможно. Во – первых, электроны появлялись практически мгновенно после начала облучения. Во – вторых, фотоэффект, как оказалось, возникал даже под воздействием самых слабых световых лучей, причем по мере повышения интенсивности облучения энергия высвобождаемых электронов не изменялась.

Проблему в конце концов удалось решить в начале ХХ века Альберту Эйнштейну, причем сделанные им выводы дали мощный толчок развитию квантовой механики. При повышении интенсивности света приводит к увеличению числа фотонов (и, следовательно, числа выбитых электронов), но не энергии отдельно взятого фотона. Следовательно, и энергия, и скорость отдельно взятого выбитого фотоэлектрона не зависят от интенсивности света – но только от его частоты [1, с.20].

Сегодня широко распространены фотоэлектрические модули, которые преобразуют энергию солнца в электрическую энергию.

Эта технология позволила производить электричество непосредственно из солнечного света, который является источник возобновляемой энергии.

Есть два способа для этого:

Солнечная тепловая энергия производится путем нагрева жидкости и последующей её циркуляцией в системе (между коллектором и накопительным баком).
Солнечная энергия производится с помощью фотоэлектрической установки, которая работает на принципе фотогальванического эффекта, открытого Эдмоном Беккерелем в 1839 году

Это особенно полезно для использования солнечной радиации, достигающей Земли, так как. Во – первых, это излучение остается стабильным (в пределах 10 % ) из года в год. Во – вторых, на уровне земли, она составляет в среднем 1000 Вт · ч / м² в сутки, хотя это зависит от следующих основных критериев (широты, угла поверхности и направления, степени загрязнения, времени года, толщины слоя облаков, времени суток, тени).

Глобальное горизонтальное облучение, которое представляет собой количество энергии, получаемой ежегодно, в зависимости от района, варьируется от 700 кВт · ч / м² в год на севере Европы, до 2500 кВт · ч / м² в год в африканских пустынных районах[2].

Фотоэлектрический эффект зависит от двух физических величин – интенсивность облучения и температуры:

С увеличение интенсивности облучения Е (Вт / м²) увеличиваются значения тока и мощности, вырабатываемыми фотоэлементами
С увеличением температуры (Т °) снижается выходное напряжение, вырабатываемое фотоэлементами, а ток возрастает лишь незначительно, так что в целом выходная мощность уменьшается.

Оно способствует устойчивому развитию, а также в соответствии с политикой Европейского Союза, который принял постановление в марте 2007 года, установив следующие цели, которые должны быть выполнены к 2020 году:

Снижение выбросов парниковых газов на 20 %
Снижение потребления энергии на 20 %
Возобновляемые источники энергии должны обеспечивать 20 % от общего потребления энергии.

Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Модульный тип конструкции позволяет создавать установки практически любой мощности и далает их весьма перспективными. Место расположения выбирается из приведенных выше параметров.

Список использованной литературы:

Кондрена, Д.С. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии : курс лекций. / Д.С. Кондрена. – Зерноград. : ФГОУ ВПО АЧГАА, 2012 – 20 с.
[Электронный ресурс] / Schneider Electric // Руководство по устройству электроустановок 2009 Технические решения «Шнейдер Электрик»: руководство. – 2009. – Режим доступа: http: // schneider – electric.ru. – (Дата обращения: 08.06.2016).