Преобразование солнечной энергии

Как известно, в мире нет еще прибора, который был бы способен «кушать» солнечную энергию напрямую. Чтобы ее использовать, во всех областях альтернативную энергию преобразовывают в более привычную электрическую или тепловую.

Основные способы такого преобразования:

Получение энергии с помощью термических панелей. Преобразование солнечной энергии идет не напрямую в электрический ток, а в тепловую энергию. Впоследствии ее можно конвертировать снова и получить электричество, однако чаще всего тепловую энергию расходуют иначе.

Гелиотермальная энергетика: нагретые солнцем поверхности поглощают тепло и фокусируют его для дальнейшего использования. Самым простейшим примером может служить подогрев воды для использования в бытовых целях. Теплую воду подают в батареи и в канализацию, так происходит экономия таких природных ресурсов, как уголь, газ или жидкое топливо. Более мощные преобразователи стоят на электростанциях, помогая увеличивать их эффективность независимо от погодных условий. В таких установках турбины преобразуют тепло в электрический ток, плюс устанавливают дополнительно аккумулирующую систему. Такие комбинированные электростанции строятся больше двадцати лет и в 21 веке тенденция использования солнечной энергии лишь усиливается.

Термовоздушная энергетика: аналогично предыдущему варианту, но греется не вода, а воздух. Тепло используется для движения воздушного потока, который направляется на турбогенератор.

Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. Этот способ наиболее популярен и универсален, так как предполагает преобразование солнечной энергии в электричество. Итак, для этого метода требуются фотоэлектрические солнечные панели. Чаще всего они сделаны из кремния, толщина рабочей поверхности – несколько десятых миллиметра. Преобразование энергии Солнца в электрическую основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при попадании на них солнечного света. Полученный ток проходит через инвертор и превращается в обычный переменный ток, который используется всеми бытовыми приборами.  Фотопластины можно разместить где угодно, лишь бы там было много солнечного света. В Европе, к примеру, много домов оснащены солнечными батареями, размещенными на крышах. В Лондоне целый железнодорожный мост будет оборудован солнечными батареями, чтобы запитывать местную станцию электропоездов. Этот же принцип используется при создании транспортных средств, использующих солнечную энергию.

Солнечное излучение неоднородно, плотность его сильно колеблется в зависимости от времени суток и погодных условий, поэтому дополнительно к фотоэлементам присоединяют аккумуляторы для накопления энергии впрок. Для использования солнечной энергии в быту кремниевые фотопластины незаменимы своей эргономичностью и простотой эксплуатации.

Солнечные панели могут иметь и другую структуру – тонкопленочную. Технология преобразования энергии у тонкопленочных панелей та же, что и у фотопластин, но полупроводниковый слой гораздо меньше (тысячные доли миллиметра). У тонкопленочных батарей КПД ниже, так как пластины очень тонкие, гибкие и не выносят высоких температур. Их обычно используют, если площадь размещения панелей велика, например, бизнес-центры, небоскребы и т.п. За счет гибкости и небольшой толщины монтировать такие панели можно практически в любом месте. Скорее шутки ради, чем из практической пользы мини-панели такого типа монтируются на корпуса ноутбуков, на дамские сумочки и т.п. Относительно низкий КПД пока составляет основную проблему выбора такого типа пластин, но ученые пробуют все новые варианты, чтобы увеличить эффект и отдачу от тонкопленочных солнечных батарей.