Использование фотоэлектрических преобразователей

Большой практический интерес представляет применение фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), обеспечивающих прямое преобразование энергии солнечного излучения в электроэнергию.

Суммарная мощность фотоэлектрических установок различного назначения действующих в разных странах мира сегодня составляет около 1 ГВт. Если крупные энергетические станции (мощностью более 100 кВт) пока еще недостаточно конкурентоспособны, то фотоэлектрические источники электроэнергии мощностью от нескольких десятков Ватт до нескольких кило-Ватт уже находят эффективное применение в области автономного питания неподключенных к электрическим сетям потребителей, в том числе:

Коммуникационные системы (ретрансляторы, мобильные радиосистемы, телефонные сети, автономные системы контроля и управления и т. п.). Мощность фотоэлектрических установок, применяемых в этой области, составляет от нескольких ватт до нескольких киловатт;

Подзарядка аккумуляторов. Известно, что если аккумуляторные батареи длительное время не находятся в работе, их емкость снижается. Применение ФЭП позволяет решить проблему саморазряда аккумуляторов, как правило, наиболее дешевым, надежным и простым способом.

Катодная защита. ФЭПы нашли широкое применение как источник питания систем защиты от коррозии телекоммуникационных вышек, газопроводов, подземных металлических резервуаров и подземных конструкций зданий, подверженных агрессивному воздействию окружающей среды. Как правило, их мощность для этих целей не превышает 10 кВт.

Сигнальные устройства – э лектропитание с помощью ФЭП огней безопасности, устанавливаемых на линиях электропередач, высотных сооружениях, световых и звуковых сигнальных устройств на железнодорожных путях и автомобильных дорогах, автономные установки охранной сигнализации и т. п.

Освещение. Десятки тысяч ФЭП в сочетании с аккумуляторными батареями используются в разных странах для освещения рекламных щитов, дорожных и парковочных знаков и указателей и т. п., в том числе внутри больших городов.

Удаленный мониторинг. Сегодня в разных странах действует более 100 000 фотоэлектрических установок, обеспечивающих питание автономных метеостанций, станций автономного контроля температуры и уровня воды, расхода жидкостей в трубопроводах, контроля уровня загрязнения воздуха вблизи промышленных предприятий и т. п.

Солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ) в настоящее время находят все более широкое распространение в качестве источника энергии для средних и малых автономных потребителей, а иногда и для больших солнечных электростанций, работающих в энергосистемах параллельно с традиционными ТЭС, ГЭС и АЭС. Конструктивно СФЭУ обычно состоит из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей, работа которых состоит в преобразовании энергии СИ в электрическую.

В фотоэлектрическом генераторе электрический ток возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементе при попадании на него СИ. Наиболее эффективны те из них, которые основаны на возбуждении ЭДС на границе между проводником и светочувствительным полупроводником (например, кремний) или между разнородными проводниками.

За последние десятилетия фотоэнергетика значительно продвинулась вперед в решении двух основных проблем: повышения к.п.д. СФЭУ и снижения стоимости их производства.

Наибольшее распространение получили СФЭУ на основе кремния трех видов: моно- и поликристаллического, а также аморфного. В промышленном производстве находятся СФЭУ со следующими значениями к.п.д.:

– монокристаллический: 15 ÷ 20 % (до 24 % на опытных образцах);

– поликристаллический: 12 ÷ 13 % (до 16 % на опытных образцах);

– аморфный: 8 ÷ 10 % (до 16 % на опытных образцах).

Сегодня в России имеются достаточная научная база для развития фотоэнергетики и мощное промышленное производство, которое способно создавать любые современные СФЭУ.