Лучевая энергетика

0
343

В прямом смысле слова этой рекомендацией воспользоваться, конечно же, нельзя. Речь пойдет об альтернативных способах получения электроэнергии — трансформации лучевой энергии солнца в электрический ток. Но каким образом это сделать? На этот вопрос ответит любой школьник — при помощи солнечных батарей! Сама по себе идея не нова; в некоторых странах мира, где ясные солнечные дни преобладают над пасмурными, солнечная энергетика получила весьма широкое распространение и ее развитие всячески поддерживается государством. Еще бы, здесь не требуется перекрывать плотинами реки, жечь в топках дорогой мазут и уголь или жить на реакторе, ожидая выброса радиации; электроэнергией делится вечное светило — Солнце. Однако мы не намерены решать глобальные энергетические проблемы; нас больше интересуют мобильные, малогабаритные солнечные модули, которые можно взять с собой в дорогу и в случае форс-мажорных обстоятельств использовать в качестве резервного источника электроэнергии для питания автомобильного чайника, телевизора, магнитолы, мобильного телефона, рации, прибора для зарядки аккумуляторной батареи и т.д. Одним словом, нам необходима переносная «розетка», которую можно взять с собой в круиз, рейс или на природу.


Итак, что же это такое солнечные батареи, или, как их еще принято называть, фотоэлектрические преобразователи? Оказывается, за столь интригующим названием скрываются связанные в единую электрическую цепь тонкие пластинки полупроводниковых материалов, которые закреплены на обратной стороне стекла или ином прозрачном основании, являющемся одновременно и защитой для нежных полупроводников от неблагоприятного воздействия окружающей среды. Но не стоит думать, что все солнечные модули представляют собой громоздкие щиты. На рынке альтернативной энергетики вы встретите массу батарей, фотоэлектрические преобразователи которых размещаются на гибком основании. Такая конструкция весьма удобна, к примеру, при транспортировке энергоустановки в условиях ограниченного полезного объема багажника. Естественно, классический стеклянный защитный «панцирь» в этом случае заменен на менее надежный, но вполне подходящий, сделанный из тонкой пленки ламината. Одним словом, вариантов изготовления и компоновки батарей — масса, и выбор здесь зависит от сферы их применения. Так, компактными конструкциями мобильных «электростанций» в ряде стран комплектуются полицейские наряды, войска спецназначения, группы альпинистов, геологов, путешественников, научные экспедиции, аккумуляторы радиостанций которых нуждаются в периодической подзарядке. С другой стороны, солнечные батареи, собранные на жестком основании, охотно используют автотуристы и дальнобойщики, у которых всегда найдется место в багажниках для источника резервного электропитания.

Итак, необходимость иметь собственную электростанцию не подвергается сомнению. Осталось только выяснить, как она работает и как в случае острой нужды построить свою, рассчитанную под запросы конкретных потребителей. Начнем с азов. Согласно законам физики при попадании солнечного света в область p-n перехода происходит эмиссия электронов, т.е. возникает электрический ток. Осталось подключить к полюсам солнечного элемента токопроводящие жилы и «качать» бесплатную электроэнергию. На практике все выглядит очень просто. Так, некогда в одном из популярных журналов был предложен вариант изготовления микромодуля солнечной батареи из диодов модели Д226 и им подобных. Для этого предлагалось аккуратно откусить острыми кусачками место обжима верхнего электрода и освободить его контактный проводник. Делать это требовалось крайне осторожно, поскольку проводник, закрепленный на кристалле, очень легко сорвать. Вторым этапом (при помощи остро заточенного ножа) вскрывался по закатке сам корпус. В итоге кристалл полупроводника становился открытым для прямых солнечных лучей. Оставалось соединить одноименные контакты нескольких препарированных вышеописанным образом диодов в единую электрическую цепь и получить готовую к работе солнечную батарею. Сегодня, понятное дело, никто портить диоды не станет, поскольку отечественная и зарубежная промышленность уже давно и успешно выпускает готовые полупроводниковые пластины. Хотя дедовский метод изготовления солнечной батареи на всякий случай возьмите на заметку, может пригодиться.

Итак, у нас есть «кирпичики», из которых можно сложить солнечную батарею согласно своим желаниям. Несомненно, в продаже есть и готовые «электростанции», однако далеко не всегда их технические характеристики и возможности соответствуют предъявляемым потребителями требованиям. Посему лучше приобрести необходимые компоненты отдельно и самостоятельно собрать свою собственную электростанцию, которая не займет много места в багажнике, всегда будет под рукой и выручит вас в, казалось бы, безнадежной ситуации.

Так из чего же ее строить? По большему счету, здесь два варианта. Первый — собрать солнечную батарею из полупроводников на основе арсенида галлия. Последний имеет высокий КПД, соответственно, немалую цену да и используется в специальных изделиях. Вариант второй — в качестве строительного материала использовать пусть не такие производительные, но распространенные и относительно дешевые фотоэлектрические преобразователи на основе кремния. Однако и тут придется поломать себе голову, так как промышленность выпускает как кристаллические, так и тонкопленочные модули. В чем разница? Первые изготовлены из пластин монокристаллического кремния, имеют относительно высокий КПД, но боятся механических повреждений (при изгибе ломаются). Вторые, изготовленные методом осаждения на специальную подложку микрокристаллического или аморфного кремния, напротив, обладают завидной гибкостью. Так какой же выбрать? Напыленный (аморфный) кремний дешевле, нежели его монокристаллический собрат, однако срок его службы ограничен и составляет примерно 5-6 лет. В то же время срок службы батарей, собранных из пластин монокристаллического кремния, достигает 25 и более лет. Так может стоит переплатить и иметь возможность в любой момент воспользоваться альтернативным источником электроэнергии, ведь неизвестно, какие катаклизмы нас могут ожидать на дороге через 10 лет.

Изготавливаемые промышленностью пластины фотоэлементов могут иметь самую разнообразную форму: от круглых, квадратных до замысловатых, к примеру, полукругов или квадратов с обрезанными углами . Но, несмотря на множество форм, каждый из элементов под воздействием солнечного света способен вырабатывать постоянный электрический ток напряжением порядка 0,5 вольт. Теперь нетрудно прикинуть, сколько таких «кирпичиков» потребуется для изготовления солнечной батареи, способной, к примеру, вдохнуть жизнь в севший аккумулятор. Единственное замечание: при расчете обязательно учитывайте тот факт, что для зарядки АКБ необходимо напряжение, превышающее номинальное примерно на 20 %. Несложные расчеты показывают, что для зарядки 12-вольтовых батарей потребуется источник тока с напряжением около 16,5 вольт, а значит, солнечный модуль обязан связать воедино 36 отдельных активных элементов. При использовании стандартных квадратных модулей с длиной стороны 75 мм построенная нами электростанция займет площадь, равную 0,2 м2. Естественно, на едином щите элементы лучше не размещать, а закрепить их на гибкой основе, которая позволит значительно сэкономить место при транспортировке батареи. Но и это еще не все. Производительность солнечного модуля напрямую зависит от интенсивности дневного света, поэтому дабы не допустить перезарядки аккумулятора и вскипания электролита при использовании мощной солнечной батареи необходимо применить «электронный ключ» — контроллер, который будет автоматически корректировать напряжение созданной вами электросети.

И, наконец, последнее, о чем бы хотелось упомянуть, — это то, что суммарная мощность одновременно подключенных к солнечной электростанции потребителей не должна превышать паспортной мощности батареи. Лучше собрать модуль с запасом мощности, нежели потом кусать локти и ждать милости от небесного светила.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here