Фотоэлектрические преобразователи

Содержание

 ВВЕДЕНИЕ. 3

Актуальность темы.. 3

Постановка задачи. 5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.. 6

1.1 Обзор погодных условий Чувашской Республики. 3

1.2Общая информация о солнечном излучении………………………………                                            

1.3.Фотоэлетрические преобразователи……………………….………………

  1.4 Фотоэнергетика в мире………………………………………………….

1.5.Перспективы развития отрасли в России…………………………………

1.6.Принцип работы солнечных батарей…………………………………….9

1.7 Типы солнечных батарей………………………………………………….

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 17

2.1 Снятие вольтамперных характеристик солнечной батареи………………

2.2 Разработка схемы и сборка опытного образца…………………………….

2.3 Применение DC/DC преобразователя для аккумулирования солнечной энергии……………………………………………………………………………..

2.4 Теоретическое обоснование экспериментальных данных………………….

Выводы

Благодарности

Литература

Приложение 1

Приложение 2

Проблема дефицита энергоресурсов возникает в связи с тем, что бурное развитие экономики, вызванное достижениями научно-технического прогресса, приводит к соответствующему росту энергозатрат. А постоянное повышение цен на энергоносители одновременно с дальнейшим ростом энергопотребления всего человечества. Главной причиной возникновения энергетической проблемы принято считать постоянно растущее потребление минерального топлива, притом, что запасы сырья для производства большей части энергии в мире, являются ограниченными. Предполагается, что к 2020 году мировое энергопотребление возрастет в несколько раз. На данный момент проблема энергодефицита и способы ее решения, являются одними из самых обсуждаемых вопросов в мире. Решение энергетической проблемы может идти по двум направлениям: экстенсивному и интенсивному. Первое направление предполагает дальнейшее увеличение добычи сырьевых энергетических ресурсов и потребления энергии, второе - использование альтернативных (возобновляемых) источников энергии и широкое применение энергосберегающих технологий.

Говоря об альтернативной энергетике, надо отметить, что возобновляемые источники энергии имеют перед традиционными ряд преимуществ. Во-первых, природные запасы традиционных источников энергии исчерпаемы. Кроме того, увеличение их добычи, необходимое для поддержания высоких темпов промышленного роста недешево и приводит к постоянному росту тарифов, что отрицательно сказывается на себестоимости производимой продукции.

Доля энергозатрат в структуре себестоимости промышленной продукции составляет от 10 до      40 %. Увеличение себестоимости вызывает рост цен, что снижает покупательскую активность, а также может послужить причиной социальной напряженности в обществе. альтернативные источники энергии принято считать практически неисчерпаемыми. Например, солнце будет светить еще много миллиардов лет, отдавая нам свою энергию. Во-вторых, применение альтернативных источников энергии гораздо безопаснее для окружающей среды, чем использование традиционных. Соответственно снижается угроза для здоровья людей. Так замена электростанций, работающих на угле, позволит резко ограничить массированное поступление в атмосферу Земли окислов серы и азота и двуокиси углерода, которые в совокупности способствуют формированию парникового эффекта и изменению климата. Одновременно предотвращается накопление в зольных отвалах электростанций опасных радиоактивных элементов.

Постановка задач.

1. Исследование характеристик солнечной батареи;

2. Разработка и сборка опытного образца;

3. Применение преобразователя для аккумулирования энергии.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Продолжительность солнечного сияния в Чувашской республике в среднем за год составляет 1900-1950 часов и равна 46% от возможной. В целом, можно сказать, что использование энергии солнца в качестве альтернативной является целесообразным. Следует помнить только, что солнечные батареи не в состоянии обеспечить постоянное поступление энергии, так что солнечные батареи лучше всего сочетать с другими устройствами по производству энергии, например, ветрогенераторами [1].

1.2.Общая информация о солнечном излучении

Количество солнечной энергии, падающей на поверхность Земли, связано с движением Солнца и зависит от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Следовательно, меньше солнечной радиации рассеивается и поглощается, а значит, больше достигает поверхности. Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от широты, местного климата, времени года, угла наклона поверхности по отношению к Солнцу [2].

Рис.1 Сферы потребления солнечной энергии

Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время – менее чем на 0,8 кВт•ч/м² в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт•ч /м² в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору. Количество солнечной энергии зависит и от географического положения участка: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, приблизительно составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Канаде 1000 кВт•ч/м²; в Средиземноморье 1700 кВт•ч /м²; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии 2200 кВт•ч/м². Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения. Это необходимо учитывать при использовании солнечной энергии.

Фотоэлектрические преобразователи

Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии в электрическую (ФЭП) являются наиболее перспективными среди нетрадиционных, возобновляемых источников электрической энергии. Они эффективно используются на космических аппаратах в качестве источников электроэнергии (солнечные батареи) и зарекомендовали себя как надежные, экологически чистые источники электроэнергии. В наземной энергетике ФЭП широко примененяются в сельском хозяйстве и в быту, начиная от питания калькуляторов и часов до создания центральной солнечной электростанции. Модульное строение солнечных батарей позволяет создавать источники электропитания на различную мощность и напряжение, что обеспечивает преимущество перед другими поставщиками электроэнергии. Для повышения мощности установки солнечные элементы, как правило, объединяют в модули – солнечные батареи. В зависимости от количества ФЭП и используемой технологии создаются модули с различными параметрами и характеристиками. Мощность солнечных модулей (СМ) измеряется в ваттах. Ведущие мировые компании Sun Power, BP Solar, Sharp, Sanyo и др. производят СМ мощностью от 10 до 300 Вт. Солнечные модули в комплексе с другими комплектующими (контроллерами заряда, аккумуляторными батареями, инверторами) объединяют в автономные системы энергообеспечения (АСЭ). До недавнего времени автономные системы энергообеспечения встречались лишь в отдаленных от центральных сетей энергообеспечения районах, как правило в сельской местности либо в местах, не имеющих доступа к центральной сети. Однако в последнее время масштабы использования данного источника энергии серьезно расширились.Все чаще автономные системы энергообеспечения встречаются в населенных пунктах с полноценным энергообеспечением .

Автономные системы энергообеспечения на основе солнечной энергии – превосходное решение производства электричества независимо от вашего местонахождения. Энергия солнца может быть успешно использована как в крупномасштабных проектах, так и для небольших систем энергообеспечения. В некоторых регионах фотоэлементы повышают конкурентоспособность систем, подключенных к электросети. Однако главное – что и в отдаленных, и в подсоединенных к электросетям местностях фотоэлектрические системы вырабатывают чистую энергию, получение которой не сопровождается загрязнением окружающей среды, в отличие от привычных электростанций.В последние годы энергия солнца активно используется в промышленности, быту и сельском хозяйстве. При постоянно растущей стоимости электроэнергии использование АСЭ становится все более целесообразным. Многие промышленные и сельскохозяйственные компании уже ощутили экономическую эффективность использования АСЭ. Фирмы стремятся уменьшить зависимость от монополизированного рынка электроэнергии, снизить себестоимость продукции и увеличить эффективность путем использования АСЭ. С использованием новейших технологий солнечной альтернативной энергии компаниям предоставляется прекрасная возможность снизить стоимость производственных процессов и зависимость от производителей электроэнергии. Наибольшую долю рынка АСЭ занимает частный сектор (около 60%). Владельцы частных домов и коттеджей активно используют ее в быту. Многие системы, установленные в частном секторе, способны работать в режиме полной автономии вне зависимости от центральной энергосети и даже генерировать энергию для ее дальнейшей продажи в центральную энергосеть. Подобные программы приняты во многих странах Западной Европы и в США, что существенно стимулирует развитие отрасли в этих странах.

Фотоэнергетика в мире

Современный мировой рынок фотоэнергетики – это вполне сложившийся, быстроразвивающийся и постоянно растущий на 25-30% в год сегмент мировой экономики. Это обусловлено практической направленностью национальных программ высокоразвитых стран: 100 тыс. «солнечных крыш» в Германии, более 200 тыс. – в Японии, 1 млн – в США; выделением 3 млрд евро в ЕС на развитие фотоэнергетики до 2010 года.

Согласно прогнозам EPIA, объем фотоэнергосистем в 2020 г. превысит 50 ГВт, т.е. за 20 лет объем рынка увеличится в 140 раз (в 2000 г. было произведено 280 МВт).

Фотоэнергетика экономически рентабельна уже сейчас. Например, для обеспечения электроэнергией автономных потребителей, для низковольтного электрообеспечения (дежурное освещение, датчики, сенсоры и др.) Предполагается, что в скором времени цена одного солнечного кВт•ч сравняется с ценой одного кВт•ч, производимого на угольных станциях. Солнечное электричество будет доминирующим источником энергии с долей приблизительно 60% к концу века благодаря практически неистощаемому ресурсу энергии – Солнцу. В 2008 г. установленная мощность АСЭ достигла рекордного значения в 15 ГВт – рост в 65% по сравнению с 2007 годом (9,2 ГВт).

По данным EPIA, рынок альтернативной солнечной энергетики вырос более чем в 2 раза – с 2,9 ГВт в 2007 г. до 5,95 ГВт в 2008 г. (годовой рост 110%).

На европейские страны приходится 81% от общей доли рынка альтернативной солнечной энергетики.

Рис. 2 Прогноз спроса/предложения на солнечные модули до 2012 года, ГВт

Рис. 3 Димнамика роста мировой установленной мощности

АСЭ 2001-2008г., ГВт

Рис 4 Динамика спроса на продукцию солнечной энергетики 1999-2008 г., ГВт

Рис. 5 Мировая установленная мощность АСЭ в 2008 г., ГВт

Рынок Испании вырос на 285%, тем самым сместив позиции Германии и США на второе и третье место соответственно. Существенный рост наблюдается в Южной Корее, Италии и Японии. По данным EPIA, суммарная мировая установленная мощность АСЭ на 2008 г. распределена следующим образом: Испания 2,46 ГВт, Германия 1,86 ГВт, США 0,36 ГВт, страны Европы 0,31 ГВт, Южная Корея 0,28 ГВт, Италия 0,24 ГВт, Япония 0,23 ГВт и остальные страны, в том числе и Россия, 0,21 ГВт. По данным консалтингового агентства Solarbuzz LCC в 2008 г. мировая производственная мощность ФЭП составила 6,85 ГВт против 3,44 ГВт годом ранее.

Также наблюдается рост коэффициента производствен ных мощностей до 67% против 64% годом ранее. Новейшие тонкопленочные технологии для производства СМ также показали существенный рост до 0,89 ГВт (123%).