Солнечная батарея (батарея солнечных элементов). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Солнечная батарея (батарея солнечных элементов) - устройство, непосредственно преобразующее энергию солнечного излучения в электрическую. Действие солнечного элемента (СЭ) основано на использовании явления внутр. фотоэффекта .Наиб, применение получили конструкции СЭ с р-п-переходами и гетеропереходами ,представляющие собой плоскую (базовую) полупроводниковую пластину с тонким фронтальным слоем полупроводника, имеющего тип проводимости, противоположный типу проводимости базовой области. При облучении в полупроводнике генерируются дополнит. носители заряда, к-рые перемещаются под действием электрич. поля р - re-перехода и создают на внеш. выводах фотоэдс.

Основные параметры солнечных элементов. При отсутствии внеш. нагрузки напряжение на выводах СЭ максимально и наз. напряжением холостого хода U_ХХ. В замкнутом накоротко фотоэлементе потечёт макс. фототок I_кз - ток короткого замыкания. При наличии внеш. нагрузки величины напряжения U_H на нагрузке и тока I_H меньше значений U_XX и I_кз соответственно. Величина

наз. фактором заполнения нагрузочной характеристики.

Важнейшим параметром СЭ является его кпд (или эффективность преобразования энергии солнечного излучения в электрическую)

, где Р_с - мощность солнечного излучения, падающего на поверхность СЭ. Эффективность СЭ определяется тем, что часть солнечного излучения с энергией фотона, меньшей ширины запрещённой зоны

полупроводника, проходит через СЭ без поглощения и в фотоэлектрич. отношении является бесполезной. Чем меньше ширина запрещённой зоны, тем большая доля солнечного света поглощается в нём.

Др. важная причина снижения кпд СЭ - неполное использование энергии поглощённых фотонов. При генерации электронно-дырочных пар фотонами с энергией, превышающей ширину запрещённой зоны полупроводника, избыточная энергия излучения теряется при переходах внутри зоны за счёт соударений носителей с атомами решётки и переходит в тепло. Эти потери уменьшаются с увеличением

Осн. причинами дополнит. потерь, уменьшающих практически достижимые значения кпд, являются отражение части светового потока от поверхности СЭ (коэф. отражения для полупроводников, применяемых в СЭ, составляет ок. 30% и 3-5% при использовании просветляющих покрытий) и рекомбинац. потери, вызванные тем, что часть возбуждённых фотоносителей не доходят до р - re-перехода, рекомбинирует, а их энергия передаётся решётке полупроводника (см. Рекомбинация носителей заряда). В фотоэлементах с р - п-переходами существенны потери за счёт поверхностной рекомбинации, особенно для носителей, генерированных вблизи облучаемой поверхности КВ-частью солнечного света. Омические потери в СЭ приводят к уменьшению фактора заполнения нагрузочной характеристики.

Энергетич. характеристики С. б. определяются материалом фотоэлемента, конструктивными особенностями СЭ, кол-вом СЭ в батарее. Распространёнными материалами для СЭ являются Si, GaAs, CdS, CdTe (см. Полупроводниковые материалы). Наиб. высокий кпд получен в СЭ на основе Si (17% при освещении в земных условиях) и в СЭ на основе GaAs (22%). Конструктивно С. б. обычно выполняют в виде плоской панели и СЭ, защищённых прозрачными покрытиями. Число СЭ в батарее может достигать неск. сотен тысяч, площадь панели - тысяч м², ток С. б. - сотен А, напряжение - сотен В, генерируемая мощность - неск. десятков и сотен кВт.

Увеличение кпд может быть получено в каскадных СЭ с неск. р - re-переходами в полупроводниках с разл. шириной запрещённой зоны. Солнечный спектр может быть расщеплён либо селективными зеркалами, либо посредством расположения неск. СЭ один за другим с убыванием ширины запрещённой зоны СЭ по ходу солнечных лучей. Расчётные значения кпд для двухкаскадных СЭ достигают 45%. Осн. перспективы в реализации монолитных конструкций каскадных СЭ заключаются в трудности осуществления последоват. соединения верхнего и нижнего элементов без внесения дополнит. омических и оптич. потерь.

Достоинства С. б.- их простота, надёжность и долговечность, малая масса и миниатюрность СЭ, генерирование энергии без загрязнения окружающей среды; осн. недостаток - высокая стоимость. Применяются на космич. летат. аппаратах, где они занимают доминирующее положение среди др. источников автономного энергопитания. В земных условиях С. б. используют для питания устройств автоматики, переносных радиостанций, разл. приёмников, для катодной антикоррозионной защиты нефте- и газопроводов и др.

Литература по солнечным батареям (батареям солнечных элементов)

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.