Отиди на
Форум "Наука"

Енергия от Слънцето - електричество


Recommended Posts

С откритието на фотоелектронния ефект стана възможно директното преобразуване на светлината в електричество. Това е най- екологичният и перспективен начин за получаване на чиста енергия. Един живот не е достатъчен, за да се изчете всичко побликувано по темата. Ще се опитам в сбита и обобщена форма да посоча някои по- важни неща. Първото, което трябва да се отбележи е ниския КПД при сериозни разходи. Българските прекупвачи продават само саларния панел на цени между 4 – 6 евро/ ват (КПД - 15%). Това обезмисля приложението им. В по- развитите и богати държави , потребителите на соларни системи се дотират с 30- 40 % от стойността. Забележете, дотацията е за потребителят!

Исторически, един от най- старите фотоелементи е мед- меден окис. След това се създават хиляди нови. Основният работен принцип се базира на факта, че

при облъчване със светлина на диодния п- н преход се получава батерия с + и - поляритет. Напрежението и тока зависят от размера и материалите. Особенно голям технологичен проблем създава факта, че единият токоотвеждащ електрод, трябва да е прозрачен за светлинните лъчи. В повечето случаи за това се използува свръхтънък слой злато, който е полупрозрачен. В практиката са се утвърдили основно силициевете полупроводници в три основни направления-монокристален с най-високо КПД до 28%, поликристален до 16% и аморфен до 9%(от тях основно се изграждат гъвкавите соларни клетки). Технологиите и разходите за получаване, цената съответствува на КПД.

От соларните клетки се изграждат модули и панели. Вътрешното съпротивление на отделната клетка се променя съществено при тъмно и осветено състояние. В зависимост от начина на свързване, панела може рязко да ограничи и спре производството на електричество, ако само една клетка не е добре, еднакво осветена. Паралелното свързване на клетки, води до уравнителни токове между клетките, особено ако не са напълно еднакви и в равни светлинни условия. Това налага някои схемни решения и подходяща електроника още в самият панел. В повечето случаи това не се прави. Защитата от атмосферно въздействие се извършва с лакиране или тънко остъкляване, което също намалява ефективността. В оптималния вариант, солара трябва да следи траекторията на слънцето с точност +_ 5- 10 градуса . В противен случай енергопроизводството спада почти експоненциално. Следящите системи са механични, монтирани на открито и консумират енергия. Живота на соларните клетки е около 10 години, при което капацитета им спада до 80%.

Теоретически, физиците считат, че е невъзможно да се примине границата от 40% . Най- добрите постижения сега са около 25-28 % с висока цена и скъпа технология, неприложими в бита. Медийните сензационни съобщения за високи ефективности, не описват съществените подробности. Тук както при топлинната енергия може също да се използува концентратор на светлина, тогава КПД нараства, за сметка на доста по- сложна конструкция на клетката, охлаждане и пр.... Борбата за нов тип соларни клетки се води ежедневно, весникарите заливат с информация за такива използуващи хлорофил, нанотръбички даже и човешка коса. За съжаление все още няма такива, които да направят революция в преобразуването на слънчевата енертия.

Не на последно място, при определяне на ефективността, са останалите елементи на соларната ел. система. Ако трябва събраната енергия да се използува в тъмната част на денонощието е нужен акумулатор и система за зареждане. Най- добрите изискват по- сложна ситема за зареждане, най- непретенциозните -оловните акумулатори имат малък живот и работни цикли. За получаването на промишлена, битова енергия – 220V / 50 хц е нужен трансвертер с по-широк диапазон на входното, постоянно напрежение от солара. В повечето случай, те не осигуряват синосуидално напрежение и много стандартни уреди и ел. двигатели не могат да работят. Тук буферни акумулатори са задължителни при по- отговорни захранвания. Нещата стават още по сложни, ако сте включени към общата мрежа и продавате ток.

Понеже в състава на слънчевата енергия преобладава топлината и инфрачервените лъчи, трябва да се отбележи и още един перспективен метод за преобразуване в ел. енергия . Това са две паралелно свързани термодвойки.При загряване на едната протича ток и другата се охлажда. В науката е известно като “ефекта на Пелтие”. Традиционните метални термодвойки не са подходящи за случая. Ефекта се доказва с прецизна апаратура и при тях, но заради ниското КПД и топлопроводност на металите не се използуват. При полупроводниковите термодвойки, вече е съществен и представлява голям интерес. Може да се достигне до 6-8% КПД . Сложностите в приложението тук са повече от соларните клетки. Изгражда се батерия при която работните краища на термодвойките се поставят в равни термо условия. В зависимост от материалите работят в различен, но тесен температурен диапазон, валидно за студения и топлия край. В бита намират приложение в малки хладилни чанти и то с електрическо подгряване. Доста се работи основно в насока за създаване на безшумни кондиционери без движещи се части и получаване на кондензна вода от атмосферата.

Векът на откритията в битови условия отдавна мина. Новите, големи постижения в науката изискват висока степен на образованост и знания. Скъпа и модерна апаратура, свръхчисти и редкоземни материали, традиции и голям опит. Ентусиазъм е нужен също, но вече отива на 4-5 място. Все пак нетрадиционното мислене понякога ражда чудеса. Дано някой млад българин, създаде нови соларни елементи и ни накара да се гордеем с него.

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Имам въпрос:

Коя от двете енрегии в момента са с по голямо извличано КПД, топлина или светлина?

П.с.

Всъщност въпроса няма смисъл,тъй като през зимата няма достатъчно топлина енергия.

Link to comment
Share on other sites

Напротив въпроса има голям смисъл. Слънчевото лъчение съдържа ултравиолетови,светлинни и инфрачервени лъчи независимо от температурата на околната среда и сезоните. Ел. енергия се получава и от трите с голям превес на светлинното лъчение. Не мога точно да кажа с какво КПД за всяко от тях. Специалистите по производство и синтез на соларни полупроводници трябва да са напълно и подробно наясно. В зависивост от материалите с които се формира п и н проводимостта това съотношение се мени. Като пример за това са модерните прибори за нощно виждане при които приемника реагира с по- висока чувствителност на инфрачервени лъчи.Тук получената енергия е много малка и се нуждае от голямо усилване,в повечето случаи не се разчита на ел.сигнал, а на промяна в съпротивлението( фоторезистор) Особено се търсят, приемници с пиково реагиране на ИЧ излъчване,съответствуващо на температури от 34- 37 градуса- температурата на човешкото тяло и потискане на останалите честоти.

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Хм доста песиместично , за соларните панели , но все пак слънцето ни дава най много енергия, макар само през деня. Искам да засегна впроса и за био горивата, дали са по евтини от петролните , и дали биха могли напълно да задоволят, настоящите нужди при условия че петролни няма! което на 90% не може да бъде. Абе истината е само в управляемият термоядрен синтез! а нали имаше и студен такъв! какво стана обаче с него, не се говори вече за него май . :post-70473-1124971712::vertag::read::book::117:

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Хм доста песиместично , за соларните панели , но все пак слънцето ни дава най много енергия, макар само през деня. Искам да засегна впроса и за био горивата, дали са по евтини от петролните , и дали биха могли напълно да задоволят, настоящите нужди при условия че петролни няма! което на 90% не може да бъде. Абе истината е само в управляемият термоядрен синтез! а нали имаше и студен такъв! какво стана обаче с него, не се говори вече за него май . post-70473-1124971712.gifvertag.gifread.gifbook.gif117.gif

book.gifЗдравейте!

Интересен е въпросът във връзка с не репродуктивните горива. Този огромен бизнис засяга не само електро енергията, транспорта ами и тежката, леката химическа промишленност,

металургията, машино строенето и тнт. Има където земният нефт може да се замени с земен гас но не на всякаде.

Но.

Според някои специалисти старите изчерпани кладеници след време на ново се зареждат от части с нефт. Не се знаее до каква степен, но наново могат да се експлоатират. Само, че това не е в интерес на енерго лобито, да е масово публично. Па и не знаят точно от къде и защо се новозареждат....

Соларната енергия за съжаление там има в голямо изобилие където няма нужда за нея и не магат да я съхраняват. При нашите условия не е толкова икономична ако трябва 100% да се сръвнява с цените ако ще и на суровия нефт.

Но ако гледаш какво може да се прави при една умишлена политика на държата виш списъкът на европейските държави по площ на гражданин/м2 соларни панели.

Първи са гърците(логично), би си мислил човек, че испанците и италианците също. Но не! Испания 14. Италия 16. място. Втори са Австрия. 3. Турция.

Но, ако комбинираме соларната енергия с труги можем да найдем сравнително икономично решение за произвеждане на топла вода, електричество в домашни условия.

Био горивата за сега не покриват разходите нужни за производството им ако гледаме въпроса само от страна на бизнисът. За съжаление за сега още и още не в интерес на някои лобита въпросът да се разглежда комлексно. Само фрази летят, конгреси, конференции си правят и....

Тук открих тема за алергията (в Унгария всени 4 човек страда от нея) и прегледа 0., отговора 0.

Всичко горе писано показва ужасният бизнис и натиск от страна на атомното лоби. Там профитът е ужано голям. Би било интересно да се разгледат тези финансиращи среди които лека полека си изтиглят парите от нефтеният бизнис накъде си преструктурират капиталовложенията...

Любимият ми въпрос е студеният синтез. Обичам с него да вбесявам моите събеседници влюбени в АЕЦ-ите.

Проблемът е, че не е профитабелен. Абсолютно чист и не може да се мополизира. И затова няма много инвестиции в него. Ако можеш разгледай публикациите за миналите десетилетия по въпросите за термоядрен и студен синтез и ще си на ясно....

Само за пример.

Познато е едно растение (Nastúrtium officinále), на руски Жеруха обыкновенная http://ru.wikipedia....%BD%D0%B0%D1%8F

което е способно да ситезира и произвежда жизнено нужни елементи. Развъждано в чисто стерилни обстоятелсва получавайки само дву водороден окис, въздух и светлина произвежда само за себе си:

Жеруха обыкновенная — полезное растение, богатое многими веществами: железом, фосфором, калием, азотистыми маслами, витаминами А, В, С, О, Е, К, содержит гликозид глюконастурцин, сапонины, алкалоиды, 3—4 % углеводов. В семенах содержится 22—24 % жирного масла, в его состав входят олеиновая, линолевая, эруковая, пальмитиновая, стеариновая, линоленовая кислоты.

punk.gifpunk.gifpunk.gif

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

За био-горивата,мисля че това не е решение.Много е низко КПД-то спрямо петрола,ако така може да се каже.В такъв смисъл че на българия може да не и стигне площа земя,за извличане на био-горивото,достатъчно да подържа сегашните темпове на консумацията.

И през лятото и през зимата както и през останолото време слънцето свети (грее) еднакво.Значи проблема през зимата е ъгъла който сключва земята (България)с падащите лъчи.Това не оказва особено влияние на светлината,но оказва голямо влияние на топлината.Нещо като да да се удари билиярдна топка челно,при което топката получава макс. енергия.Или да се плъзне удара по топката,при което получаемата енергия е по малка.Обаче това е при топлината енергия,но при светлината ъгъла няма толкова голямо значение.

Има ли начин през зимата да се поддържа съответен ъгъл на слънчевия панел,за да се улавя топлина енергия?

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Има ли начин през зимата да се поддържа съответен ъгъл на слънчевия панел,за да се улавя топлина енергия?

Здрасти!

Въпросът е, че виж статистиката на слънчеви и мрачни дни през зимата.

При слънчеви дни няма проблем, независимо колко е студено. Но когато е замъглено тогава само някои от лъчите са способни да преминат през облаците.

За сегашните електо колектори това е недостатъчно, но познавайки темпото и на развитие на електониката, сигурно ще намерят решение на този проблем крупните производители на полупроводници. Кофти, че това няма да е завода за пълно проводници от Ботевград.... w00t.gif

Виж за термоколектора(вакумни тръби)имам опит. При сиво, време съм го мерил 36-40 градуса. За отопление, топла вода е достаъчно.

Нагласянето при нас е приблизително 45-50 градуса юг.

Можеш да си играеш със сменянето на наклона през лято-зима период, ама няма да спечелиш толкова много, па и рамките обикновенно са фиксирани на покрива и...

punk.gifpunk.gifpunk.gif

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Аха,горе долу схванах.

Значи през зимата преобладават облачни денове,отколкото през лятото.Такъв ли е извода?

Сетих се за нещо интересно по повод на облаците.Бях на скоро в Англия.Доста е облачно там.Така си мислех доста време.

Но после всъщност разбрах че това не е единствената причина за подобно усещане.Облаците в Англия се движат с доста по голяма сакорост от тези в българия.Това също е малко измамно заключение.Работата е там че над Англия облаците са доста по низко отколкото над България.Затова облаците дори и да се движат еднакво над Бг. и Анг. при по низки облаци усещането е за по голяма скорост на движение.

През зимата в Бг,със сигурност височината на която се движат облаците е по низка от тази през лятото.Като при по голяма височина имаме и по големи отворени пространства без облаци,през които получаваме повече слънчева енергия.

Такъв ли е сценарият?

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Ще си позволя волноста да отклоня темата в сферата на ненаучното.

Свързано е с темата слънчева енергия,но е повече в сферата на фантастика.

Става въпрос за това как се образуват облаците и как придобиват електрическия заряд.Трябва да се призная че не ме удовлетворява научното обяснение по този въпрос.В който се твърди че ел.заряд на частиците е резултат на триене на парите при изпаряването на водата,в следствие на което се образуват облаци.Като имаме положително и отрицателно заредени облаци.И при допир на два разнополюсни облака се получава разряд на енергия (светкавица).

За да се изпарява водата,трябва да и се придаде енергия,която всъщност идва от слънцето.Имаме пара която под действието на слънчевата енергия се издига на височината на облаците,която образува облаците.Значи първоначално парата вече съдържа някакво количество енергия.След като се образува облак,той създава препятствие за слънчевата енергия да достига земята.И един вид попива слънчевата енергия (зарежда се с енергия).Не знам по какъв начин се разрежда,дали при допир до друг облак,който има различен потенциал на енергия.Или просто облака попива енергия до този момент докато въздушната среда м/у облака и земята не стане благоприятна за прескачане на мълния.При което облака се разрежда,парата губи енергия и се образуват капки,които падат към земята,най вероятно чрез верижна реакция.Иначе щеще просто да падне цялата маса вода която съдържа облака изведнъж.А може и да не е :biggrin:

Може би това което съм написал е до някаде грешно.Но със сигурност водата(парата)притежава свойството да преобразува слънчевата енергия във електрическата.Това може да помогне по някакъв начин да се постигне по добро КПД при използването на слънчева енергия.

Само трябва да се намери подходяща "формула" за извличане на ел енергия от парата.

Link to comment
Share on other sites

Да В0081, това е само не научна фантастика. Водата във всички познати форми не преобразува слънчевата енергия в електрическа, тя само може да акумулира топлина. Заряда и явленията, които те интригуват се крият във физиката на газовите колоидни и диспелсни системи при тяхното движение.Подсказвам още малко: - изпарената вода е добър диелектрик подобен на ебонитовата пръчка, смес от въздух и финни дървесни стърготини или брашно може да доведе до взрив !?

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Китайски учени изобретили ракета която като я изтрелят в гръмотевичните облаци, можела да зареди кондензатори в себе си и така да използва природното електричество ! проблема е че рядко се появяват гръмотевичните облаци , а и да ги има някъде по начесто, мястото им не е точно определено .

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Да В0081, това е само не научна фантастика. Водата във всички познати форми не преобразува слънчевата енергия в електрическа, тя само може да акумулира топлина. Заряда и явленията, които те интригуват се крият във физиката на газовите колоидни и диспелсни системи при тяхното движение.Подсказвам още малко: - изпарената вода е добър диелектрик подобен на ебонитовата пръчка, смес от въздух и финни дървесни стърготини или брашно може да доведе до взрив !?

Явление - Коагуляция :) Прочетох,мерси за инфото.

Мда,чистата вода наистина е диелектрик.Ще потърся малко инфо относно вода във вакум.

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Да В0081, това е само не научна фантастика. Водата във всички познати форми не преобразува слънчевата енергия в електрическа, тя само може да акумулира топлина. Заряда и явленията, които те интригуват се крият във физиката на газовите колоидни и диспелсни системи при тяхното движение.Подсказвам още малко: - изпарената вода е добър диелектрик подобен на ебонитовата пръчка, смес от въздух и финни дървесни стърготини или брашно може да доведе до взрив !?

Искам да попитам,по какъв начин една молекула вода от океана се издига до небесата?

Link to comment
Share on other sites

  • 3 years later...
  • Модератор Инженерни науки

Сега по темата...

Далеч съм от мисълта, че който се интересува и посещава тези теми има нужда от обяснеснение какво изобразява графиката. И все пак ще си позволя да натракам няколко думи...

Знаем, че ефективността на фотоволтаиците е слабото им място. Графиката показва какви ефективности за постигнати и как се движат постиженията във времето за 5 различни технологии/ основни вида фотоволтаици, като са дадени и производителите. Може да се заключи, че постигнатата ефективност расте с времето, което е обяснимо - тясно свързано е с напредъка на технологиите, по детаилните изследвания и с някои пробиви в приложната физика и материалознанието. Въпреки, че се вижда КПД от 44%, най-доброто дето е на пазара все още с КПД до около 15%. Това най-често са монокристален силиций или тънкослойни фотоволтаици В рекламните брошури ги пишат като нови технологии.

Засега обаче ще става дума за лабораторни резултати.

Редактирано от Joro-01
Link to comment
Share on other sites

  • Модератор Инженерни науки

Ниската ефективност при фотоволтаиците идва от факта че един PN преход е чувствителен към 1 определена дължина на вълната /цвят/ или /иначе казано/ към фотон с определена енергия. По-коректно е да се каже към определен тесен интервал от дължини на вълните или фотони с определен енергиен спектър. Чувствителността на фотоволтаика се определя от широчината на т.нар. забранена зона* - по-широката забранена зона означава чувствителност към по-високоенергийно /късовълново лъчение/ Бялата слънчева светлина, обаче както знаем е микс от много дължини / цветове. Излиза че лятото по обяд когато на един квадратен метър пада киловат енергия, тази енерия е разпределена в някакво отношение между всички** дължини съставящи слънчевата светрлина. Е няма полупроводник дето да ги превърне всички в енергия.

* забранена зона - зона в PN прехода, обеднена на токови носители поради дифузията. Електрон от N областта има нужда от достатъчна енергия за да прескочи в P. Широчината и се измерва в електронволти - колкото е необходимата енергия за прескачането и.

** в контекста на фотоволтаиците се разглеждат дължините на видимата светлиа и близките невидими области от двата края на видимия спектър

Редактирано от Joro-01
Link to comment
Share on other sites

  • Модератор Инженерни науки

***

Е няма полупроводник дето да ги превърне всички в енергия.

Всъщнос има начинин въпреки това.. Начинът е да се изградят много преходи или много PN слоеве един върху друг. Идеята е проста, но технически не е много лесно създаването на многопреходни фотоволтаици, вижда се на ифографиката, че се създават някъде през 2000-та година. Вижда се че сравнението ми с пазарските продукти в по-задния пост е ирелевантно, няма такъв продукт, но и поради ползването концентратор, ще стане дума и за това. Идеята е PN преходът да пропуска онези фотони, които не прчиняват фотоефект в него. По този начин всеки преход си улавя фотони с нужната му енергия. Преходът с най-широка забранена зона /за UV и син цвят/ се разполага най отгоре, а всеки следващ надолу е с по-тясна забранена зона.

Ще пиша още, просто домашни задачки...

Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

Преходът с най-широка забранена зона /за UV и син цвят/ се разполага най отгоре, а всеки следващ надолу е с по-тясна забранена зона.

Искаш да кажеш че този преход за ултравиолетовият и син цвят , трябва да е най широк , тоест да пропуска всички останали дължини , и да преобразува само ултравиолетовите и сини дължини ?

Link to comment
Share on other sites

  • Модератор Инженерни науки

Да, точно. Но следващите дължини се поглъщат от следващите преходи с по-малки ширини на Забранената зона. И нека изясним, че прорускането на другите цветове не е следствие от широчената на забранената, по-скоро е проблем /пак не точно заради широчината/. Сега виждам слабостите на пестеливите изрази и липсата на илюстрации. Ще сложа, важно е да се знае, че лъчът пада перпендикулярно /така е желателно поне/ на равнината на прехода. Има изключение и от това правило но нека караме поред...

multijunctionsolarcells.jpg

Редактирано от Joro-01
Link to comment
Share on other sites

  • Модератор Инженерни науки
Колко все пак КПД може да сие "изстиска" така?
Там откъдето взех снимката дават теоретичен праг от 87%, ... Според мен слагат концентратор в сметката и превръщат топлината от далечната ИЧ област, защото слънчевият спектър има вида
Solar_Spectrum.png
Иле просто говорим за видимата светлина и близките области, както стана дума
Според графиката на реално постигнатото - 37,7% - 37,8% - това само клетка. По-високия процент е с четири прехода, другия с три.
Максимумът от 44% е постигнат с концентратор.
Редактирано от Joro-01
Link to comment
Share on other sites

  • Потребител

има чисто прагматични трудности пред това фотолтаиците да са перфектната енергия

1) пиковото производство не съвпада с пиковото потребление, например зимата през нощта всички се топлят а фотоволтаиците не произвеждат грам енергия

2) енергията от тях все още е скъпа (това най-вероятно ще се промени в следващите 10г.)

3) за да се произвежда голямо количество фотоволтаична енергия са необходми големи площи, само на покриви не става, т.е. земя, която би била използвана за земеделия трябва да се използва за фотоволтаици

накратко, към момента те могат да бъдат само допълнителен и частичен източник на енергия в енергийния микс

Link to comment
Share on other sites

  • Модератор Инженерни науки

Концентратор - огледало или група огледала с /общ/ фокус.

Концентраторът може да се изпълни и с френелова леща /лек и тънък прозрачен лист с изрязани фокални повърхности/, но е по-непрактично, заради преминаването на лъчите през среда, което значи загуби. Има и такива проекти.

Прекрасно нещо, позволява КПД от 80% и нагоре (като минем 1000° се доближаваме до 100% КПД за топлинни машини), но има една съществена славост - не работи при дифузна /разсеята/ светлина и иска активна система за следене на слънцето. Мислете му в облачно време.



Почти съм съгласен с тебе.

За грама енергия само не много - работят и през зимата, но с много по-ниска ефективност. Неприложимо за битови цели, но могат да хранят електроника /не силова/ като знаци, измерователни станции, CCTV камери, антени за WiFi и др. Може би дори улично осветление отчасти - да направят икономичните тела още по-икономични.



Работи се и върху акумулиращи мощности, но системата се оскъпява.



SolarTowerMojaveDesert.jpg?711122concentrator%20solar%20cell14.jpgF1_powerspar.jpg

Редактирано от Joro-01
Link to comment
Share on other sites

Напиши мнение

Може да публикувате сега и да се регистрирате по-късно. Ако вече имате акаунт, влезте от ТУК , за да публикувате.

Guest
Напиши ново мнение...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Зареждане...

За нас

Вече 15 години "Форум Наука" е онлайн и поддържа научни, исторически и любопитни дискусии с учени, експерти, любители, учители и ученици.

 

За контакти:

×
×
  • Create New...