Как работают солнечные батареи?

  1. Сколько энергии мы можем получить от Солнца?
  2. Что такое солнечные элементы?
  3. Как сделаны солнечные батареи?
  4. Теперь подробнее ...
  5. Насколько эффективны солнечные батареи?
  6. Типы фотоэлектрических солнечных элементов
  7. Первое поколение
  8. Второе поколение
  9. Третье поколение
  10. Сколько энергии мы можем сделать с солнечными батареями?
  11. А как насчет солнечных ферм?
  12. Власть людям
  13. Почему солнечная энергия еще не завоевала популярность?
  14. Краткая история солнечных элементов

от   Крис Вудфорд   ,  Последнее обновление: 12 мая 2018 г

от Крис Вудфорд , Последнее обновление: 12 мая 2018 г.

Почему мы тратим время на бурение на добычу нефти и копание угля, когда над нами в небе находится гигантская электростанция, бесплатно раздающая чистую, бесперебойную энергию? Солнце, кипящий шар атомная энергия имеет достаточно топлива для работы нашей Солнечной системы еще на пять миллиардов лет - и солнечные панели могут превратить это энергия в бесконечную, удобную подачу электроэнергии.

Солнечная энергия может показаться странной или футуристической, но это уже довольно обычное дело. Вы могли бы иметь солнечную энергию кварцевые часы на запястье или карман на солнечной энергии калькулятор , У многих людей в саду есть солнечные фонари. Космические корабли и спутники обычно на них тоже есть солнечные батареи. Американское космическое агентство NASA даже разработало самолет на солнечной энергии! Как глобальное потепление продолжает угрожать нашей окружающей среде, кажется, мало сомнений в том, что солнечная энергия станет еще более важной формой Возобновляемая энергия в будущем. Но как именно это работает?

Фото: Pathfinder НАСА на солнечной энергии самолет , Верхняя поверхность крыла покрыта легкими солнечными батареями, которые приводят в движение воздушные винты самолета. Изображение предоставлено Научно-исследовательский центр НАСА Армстронг ,

Сколько энергии мы можем получить от Солнца?

Сколько энергии мы можем получить от Солнца

Фото: количество энергии, которое мы можем получить от солнечного света, минимально на восходе и закате солнца и максимум в полдень, когда Солнце находится прямо над головой.

Солнечная энергия удивительна. В среднем на каждый квадратный метр поверхности Земли поступает 164 Вт солнечной энергии (цифру мы объясним более подробно ниже). Другими словами, вы могли бы поставить действительно мощную (150 Вт) настольную лампу на каждый квадратный метр поверхности Земли и осветить всю планету энергией Солнца! Или, другими словами, если бы мы покрыли только один процент пустыни Сахара солнечными батареями, мы могли бы генерировать достаточно электричество к власти весь мир. Это хорошо в солнечной энергии: ее очень много - гораздо больше, чем мы могли бы когда-либо использовать.

Но есть и обратная сторона. Энергия, которую посылает Солнце, прибывает на Землю как смесь свет а также высокая температура , И то, и другое невероятно важно: свет заставляет растения расти, снабжая нас пищей, в то время как тепло сохраняет нас достаточно теплыми, чтобы выжить, - но мы не можем использовать ни солнечный свет, ни тепло непосредственно для запуска. телевидение или машина. Нам нужно найти какой-то способ преобразования солнечной энергии в другие виды энергии, которые мы могли бы использовать более легко, например, электричество. И это именно то, что делают солнечные элементы.

Что такое солнечные элементы?

Солнечный элемент является электронный устройство, которое ловит солнечный свет и превращает его прямо в электричество , Он размером с ладонь взрослого, восьмиугольной формы и окрашен в голубовато-черный цвет. Солнечные элементы часто объединяются вместе, образуя более крупные элементы, называемые солнечными модулями , которые сами объединяются в еще более крупные элементы, известные как солнечные панели (черные или синие панели, которые вы видите в домах людей - как правило, с несколькими сотнями отдельных солнечных элементов на крыше) или нарезать на чипы (чтобы обеспечить питание для небольших гаджетов, таких как карманные калькуляторы и цифровые часы).

Фото: крыша этого дома покрыта 16 солнечными батареями, каждая из которых состоит из сетки 10 × 6 = 60 маленьких солнечных батарей. В хороший день он, вероятно, вырабатывает около 4 киловатт электроэнергии.

Так же, как клетки в аккумулятор элементы солнечной батареи предназначены для выработки электроэнергии; но там, где элементы батареи производят электричество из химикатов, элементы солнечной панели генерируют энергию, захватывая вместо этого солнечный свет. Их иногда называют фотоэлектрическими (PV) элементами, потому что они используют солнечный свет («фото» происходит от греческого слова «свет») для производства электричества (слово «гальванический» относится к итальянскому пионеру в области электричества). Алессандро Вольта 1745–1827).

Мы можем думать о свет Будучи сделанным из крошечных частиц, называемых фотонами , луч солнечного света подобен ярко-желтому пожарному шлангу, стреляющему триллионами фотонов на нашем пути. Вставьте солнечный элемент на своем пути, и он ловит эти энергетические фотоны и превращает их в поток электронов - электрический ток. Каждая ячейка генерирует несколько вольт электричества, поэтому работа солнечной панели состоит в том, чтобы объединять энергию, производимую многими ячейками, для получения полезного количества электрического тока и напряжения. Практически все сегодняшние солнечные элементы сделаны из кусочков кремния (один из самых распространенных химических элементов на Земле, найденный в песке), хотя, как мы увидим в ближайшее время, можно использовать и множество других материалов (или вместо них) , Когда солнечный свет светит солнечному элементу, энергия, которую он переносит, выбрасывает электроны из кремния. Их можно заставить обтекать электрическую цепь и питать все, что работает на электричестве. Это довольно упрощенное объяснение! Теперь давайте внимательнее посмотрим ...

Как сделаны солнечные батареи?

Как сделаны солнечные батареи

Фото: одиночная солнечная батарея. Фото Рика Митчелла, любезно предоставлено Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL) ,

Кремний - это материал, из которого транзисторы (крошечные переключатели) в микрочипах сделаны - и солнечные элементы работают аналогичным образом. Кремний - это материал, называемый полупроводником. Некоторые материалы, в частности металлы позволяют электричеству очень легко протекать через них; они называются проводниками. Другие материалы, такие как пластики а также дерево действительно не позволяйте электричеству протекать через них вообще; они называются изоляторами. Полупроводники, такие как кремний, не являются ни проводниками, ни изоляторами: они обычно не проводят электричество, но при определенных обстоятельствах мы можем заставить их это делать.

Солнечный элемент представляет собой сэндвич из двух разных слоев кремния, которые были специально обработаны или легированы, чтобы они могли электричеством проходить через них определенным образом. Нижний слой легирован, поэтому в нем слишком мало электронов. Он называется кремнием p-типа или положительного типа (потому что электроны заряжены отрицательно, и их в этом слое слишком мало). Верхний слой легирован противоположным образом, чтобы дать ему немного слишком много электронов. Это называется кремнием n-типа или отрицательного типа. (Вы можете прочитать больше о полупроводниках и легировании в наших статьях на транзисторы а также интегральные схемы .)

Когда мы помещаем слой кремния n-типа на слой кремния p-типа, на стыке двух материалов создается барьер (важнейшая граница, где встречаются два вида кремния). Никакие электроны не могут пересечь барьер, поэтому, даже если мы подключим этот кремниевый бутерброд к фонарику, ток не будет течь: лампочка не загорится. Но если мы проливаем свет на бутерброд, происходит нечто замечательное. Мы можем думать о свете как о потоке энергичных «легких частиц», называемых фотонами. Когда фотоны попадают в наш сэндвич, они отдают свою энергию атомам в кремнии. Поступающая энергия выбивает электроны из нижнего слоя p-типа, поэтому они перепрыгивают через барьер к слою n-типа выше и текут по кругу. Чем больше света светит, тем больше электронов подпрыгивает и течет больше тока.

Это то, что мы подразумеваем под фотоэлектрическим напряжением, создающим свет, и это один из видов того, что ученые называют фотоэлектрический эффект ,

Теперь подробнее ...

Это базовое введение в солнечные элементы - и если это все, что вы хотели, вы можете остановиться здесь. Остальная часть этой статьи более подробно описывает различные типы солнечных элементов, то, как люди используют солнечную энергию для практического использования, и почему солнечная энергия занимает так много времени, чтобы завоевать популярность.

Насколько эффективны солнечные батареи?

Насколько эффективны солнечные батареи

Диаграмма: Сравнение эффективности солнечных элементов: самый первый солнечный элемент выполнен с КПД всего 6 процентов; самый эффективный, который был произведен на сегодняшний день, справился с 46 процентами в лабораторных условиях. Большинство ячеек являются типами первого поколения, которые могут управлять примерно 15% в теории и, вероятно, 8% на практике.

Основное правило физики называется закон сохранения энергии говорит, что мы не можем волшебным образом создать энергию или заставить ее исчезнуть в воздухе; все, что мы можем сделать, это преобразовать его из одной формы в другую. Это означает, что солнечный элемент не может производить больше электрической энергии, чем он получает каждую секунду в качестве света. На практике, как мы вскоре увидим, большинство клеток преобразует около 10–20 процентов энергии, которую они получают, в электричество. Типичный однопереходный кремниевый солнечный элемент имеет теоретический максимальный КПД около 30 процентов, известный как предел Шокли-Кейссера . Это в основном потому, что солнечный свет содержит широкую смесь фотонов с различными длинами волн и энергией, и любой однопереходный солнечный элемент будет оптимизирован для захвата фотонов только в пределах определенной полосы частот, тратя впустую остальное. Некоторые из фотонов, попадающих на солнечный элемент, не имеют достаточно энергии, чтобы выбить электроны, поэтому они эффективно тратятся впустую, в то время как у некоторых слишком много энергии, а избыток также теряется. Самые лучшие, передовые лабораторные ячейки могут управлять 46-процентной эффективностью в абсолютно идеальных условиях, используя множество соединений для захвата фотонов с различной энергией.

Реальные бытовые солнечные панели могут достичь эффективности около 15 процентов, дать процентное соотношение здесь или там, и это вряд ли станет намного лучше. Солнечные элементы первого поколения с однопереходными солнечными батареями не будут приближаться к 30-процентному КПД ограничения Шокли-Кейссера, не говоря уже о лабораторных показателях в 46 процентов. Все виды неприятных реальных факторов будут влиять на номинальную эффективность, включая конструкцию панелей, их расположение и наклон, будь они в тени, насколько чистыми вы их держите, насколько они горячие (повышение температуры имеют тенденцию снижать их эффективность), и вентилируются ли они (позволяя воздуху циркулировать внизу), чтобы они оставались прохладными.

Типы фотоэлектрических солнечных элементов

Большинство солнечных элементов, которые вы увидите сегодня на крышах людей, по сути, представляют собой просто кремниевые бутерброды, специально обработанные («легированные»), чтобы сделать их лучшими электрическими проводниками. Ученые называют эти классические солнечные элементы первым поколением, в значительной степени отличая их от двух разных, более современных технологий, известных как второе и третье поколение. Так в чем же разница?

Первое поколение

Первое поколение

Фото: красочная коллекция солнечных батарей первого поколения. Изображение предоставлено Исследовательский центр Гленна НАСА (NASA-GRC) ,

Около 90 процентов солнечных элементов в мире изготавливаются из пластин кристаллического кремния (сокращенно c-Si), нарезанных из крупных слитков, которые выращиваются в сверхчистых лабораториях, процесс которых может занять до месяца. Слитки либо принимают форму монокристаллов ( монокристаллический или моно-Si), либо содержат несколько кристаллов ( поликристаллический , мульти-Si или поли-Си-Si). Солнечные элементы первого поколения работают так, как мы показали выше: они используют одно простое соединение между кремниевыми слоями n-типа и p-типа, которые вырезаны из отдельных слитков. Таким образом, слиток n-типа можно получить, нагревая куски кремния с небольшим количеством фосфора, сурьмы или мышьяка в качестве легирующей добавки, в то время как слиток р-типа будет использовать бор в качестве легирующей примеси. Ломтики кремния n-типа и p-типа затем сливаются для соединения. Добавлены еще несколько наворотов (например, антиотражающее покрытие, которое улучшает поглощение света и придает фотоэлектрическим элементам их характерный синий цвет, защитное стекло на передней панели и пластиковая подложка, а также металлические соединения, позволяющие подключить элемент к цепи), но простой pn-переход - это сущность большинства солнечных элементов. Примерно так работают все фотоэлектрические кремниевые солнечные элементы с 1954 года, когда ученые из Bell Labs первыми разработали эту технологию: освещая солнечный свет кремнием, извлеченным из песка, они генерировали электричество.

Второе поколение

Второе поколение

Фото: тонкопленочная солнечная «панель» второго поколения. Энергетическая пленка изготовлена ​​из аморфного кремния, прикреплена к тонкой, гибкой и относительно недорогой пластиковой подложке («подложка»). Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено NREL (идентификатор изображения # 6321083).

Классические солнечные элементы представляют собой относительно тонкие пластины - обычно их доля составляет миллиметровую глубину (около 200 микрометров, 200 микрон или около того). Но они являются абсолютными плитами по сравнению с элементами второго поколения, обычно известными как тонкопленочные солнечные элементы (TPSC) или тонкопленочные фотоэлектрические элементы (TFPV), которые снова примерно в 100 раз тоньше (несколько микрометров или миллионные доли метра глубиной). , Хотя большинство из них все еще сделаны из кремния (другая форма, известная как аморфный кремний, a-Si, в которой атомы расположены случайным образом, а не точно упорядочены в правильной кристаллической структуре), некоторые сделаны из других материалов, в частности, теллурида кадмия (Cd -Te) и диселенид меди-индия-галлия (CIGS). Поскольку они чрезвычайно тонкие, легкие и гибкие, солнечные элементы второго поколения могут быть ламинированы на окна, окна в крыше, черепицу и все виды «подложек» (материалов подложки), включая металлы , стакан , а также полимеры (пластмассы) , То, что элементы второго поколения приобретают по гибкости, они жертвуют эффективностью: классические солнечные элементы первого поколения по-прежнему превосходят их. Таким образом, в то время как первоклассные ячейки первого поколения могут достигать эффективности 15–20 процентов, аморфный кремний изо всех сил пытается достичь более 7 процентов, а лучшие тонкопленочные ячейки Cd-Te справляются только с 11 процентами, а ячейки CIGS не лучше чем 7–12 процентов. Это одна из причин, почему, несмотря на их практические преимущества, элементы второго поколения до сих пор оказывали относительно небольшое влияние на солнечный рынок.

Третье поколение

Третье поколение

Фото: пластиковые солнечные элементы третьего поколения, изготовленные исследователями из Национальной лаборатории возобновляемой энергии. Фото Джек Демпси любезно предоставлено NREL (идентификатор изображения # 6322357).

Новейшие технологии сочетают в себе лучшие черты ячеек первого и второго поколения. Как и клетки первого поколения, они обещают относительно высокую эффективность (30 процентов и более). Как и элементы второго поколения, они, скорее всего, будут сделаны из материалов, отличных от «простого» кремния, таких как аморфный кремний, органические полимеры (для изготовления органических фотоэлектрических элементов, ОПВ), кристаллов перовскита, и имеют множество соединений (из нескольких слоев). различных полупроводниковых материалов). В идеале это сделало бы их более дешевыми, эффективными и практичными, чем клетки первого или второго поколения.

Сколько энергии мы можем сделать с солнечными батареями?

В теории огромное количество. Давайте на время забудем солнечные элементы и просто рассмотрим чистый солнечный свет. До 1000 Вт необработанной солнечной энергии попадает на каждый квадратный метр Земли, направленной прямо на Солнце (это теоретическая мощность прямого солнечного света в полдень в безоблачный день - солнечные лучи излучают перпендикулярно поверхности Земли и дают максимальное освещение или инсоляцию , как это технически известно). На практике, после того, как мы скорректировали наклон планеты и время суток, лучшее, что мы можем получить, это, возможно, 100–250 Вт на квадратный метр в типичных северных широтах (даже в безоблачный день). Это составляет примерно 2–6 кВт-ч в день (в зависимости от того, находитесь ли вы в северном регионе, например, в Канаде или Шотландии, или где-то более любезном, например, в Аризоне или Мексике). Умножение производства на целый год дает нам где-то между 700 и 2500 кВтч на квадратный метр (700–2500 единиц электроэнергии). Более жаркие регионы, несомненно, обладают гораздо большим солнечным потенциалом: например, на Ближнем Востоке ежегодно получается на 50–100 процентов больше полезной солнечной энергии, чем в Европе.

К сожалению, типичные солнечные элементы эффективны только на 15 процентов, поэтому мы можем захватить только часть этой теоретической энергии. Вот почему солнечные панели должны быть такими большими: количество энергии, которую вы можете производить, очевидно, напрямую связано с тем, сколько места вы можете позволить себе покрыть клетками. Один солнечный элемент (примерно размером с компакт-диск) может генерировать около 3–4,5 Вт; типичный солнечный модуль, изготовленный из массива около 40 элементов (5 рядов по 8 элементов), может составлять около 100–300 Вт; поэтому несколько солнечных панелей, каждая из которых состоит из 3–4 модулей, могут генерировать абсолютный максимум в несколько киловатт (вероятно, достаточно для удовлетворения пиковой потребности дома в электроэнергии).

А как насчет солнечных ферм?

А как насчет солнечных ферм

Фото: Обширный 91-гектарный (225-акровый) проект солнечной генерации Alamosa в Колорадо генерирует до 30 мегаватт солнечной энергии, используя три хитрых уловки. Во-первых, существует огромное количество фотоэлектрических панелей (500 из них, каждая из которых способна вырабатывать 60 кВт). Каждая панель установлена ​​на отдельном вращающемся узле, поэтому она может отслеживать Солнце по небу. И у каждого есть несколько Линзы френеля установлен сверху, чтобы сконцентрировать солнечные лучи на солнечных элементах. Фото Денниса Шредера любезно предоставлено NREL (идентификатор изображения # 10895528).

Но предположим, что мы хотим производить действительно большое количество солнечной энергии. Чтобы вырабатывать столько же электроэнергии, сколько здоровенная ветряная турбина (с пиковой выходной мощностью, возможно, два или три мегаватта), вам нужно около 500–1000 солнечных крыш. А чтобы конкурировать с крупной угольной или атомной электростанцией (в гигаваттах, что означает тысячи мегаватт или миллиарды ватт), вам потребуется снова в 1000 раз больше - эквивалент около 2000 Ветряные турбины или, возможно, миллион солнечных крыш. (Эти сравнения предполагают, что наша солнечная энергия и ветер производят максимальную мощность.) Даже если солнечные элементы являются чистыми и эффективными источниками энергии, единственное, на что они не могут претендовать в настоящий момент, - это эффективное использование земли. Даже те огромные солнечные фермы, которые сейчас возникают повсеместно, вырабатывают лишь скромное количество энергии (обычно около 20 мегаватт, или примерно на 1 процент больше, чем большая угольная электростанция мощностью 2 ГВт или атомная электростанция). Британская возобновляемая компания Ecotricity По оценкам, требуется около 22 000 панелей, проложенных по территории площадью 12 гектаров (30 акров), для выработки 4,2 мегаватта электроэнергии, что примерно равно двум большим ветряным турбинам и достаточно для питания 1200 домов.

Власть людям

Власть людям

Фото: А микроветровая турбина и солнечная панель работают вместе, чтобы питать банк батарей, которые держат этот предупреждающий знак строительства шоссе освещенным днем ​​и ночью. Солнечная панель установлена ​​вверх, к небу, на плоской желтой «крышке», которую вы можете видеть прямо над дисплеем.

Некоторые люди обеспокоены тем, что солнечные фермы поглотят землю, которая нам нужна для реального сельского хозяйства и производства продуктов питания. Беспокойство о взятии земли упускает важный момент, если мы говорим о размещении солнечных батарей на крышах домов. Экологи Я бы сказал, что реальная цель солнечной энергетики заключается не в создании крупных централизованных солнечных электростанций (чтобы мощные коммунальные предприятия могли продавать электроэнергию беспомощным людям с высокой прибылью), а в том, чтобы вытеснять грязные, неэффективные, централизованные электростанции, позволяя людям сделать власть в том самом месте, где они ее используют. Это устраняет неэффективность выработки электроэнергии на ископаемом топливе, загрязнение воздуха а также выбросы углекислого газа они производят, а также устраняют неэффективность передачи мощности от точки генерации до точки использования через воздушные или подземные линии электропередачи. Даже если вам придется покрывать всю крышу солнечными батареями (или ламинировать тонкопленочные солнечные элементы на всех ваших окнах), если бы вы могли удовлетворить все ваши потребности в электричестве (или даже большую их часть), это не имело бы значения: Ваша крыша в любом случае просто пустое место. Согласно Отчет за 2011 год [PDF] Европейской ассоциацией фотоэлектрической промышленности и Гринпис, нет реальной необходимости покрывать ценные сельскохозяйственные угодья солнечными батареями: около 40 процентов всех крыш и 15 процентов фасадов зданий в странах ЕС будут подходить для фотоэлектрических панелей, что составит примерно 40 процентов от общего спроса на электроэнергию к 2020 году.

Важно не забывать, что солнечная энергия сдвигает выработку электроэнергии до уровня энергопотребления, и это имеет большие практические преимущества. Наручные часы и калькуляторы на солнечных батареях теоретически не нуждаются в батареях (на практике они имеют резервные батареи), и многие из нас предпочитают смартфоны на солнечных батареях, которые никогда не нуждались в зарядке. Дорожные и железнодорожные знаки теперь иногда работают на солнечной энергии; На мигающих знаках аварийного технического обслуживания часто устанавливаются солнечные батареи, поэтому их можно устанавливать даже в самых отдаленных местах. В развивающихся странах, богатых солнечным светом, но слабых в электрической инфраструктуре, солнечные панели питают водяные насосы, телефонные будки и холодильники в больницах и медицинских учреждениях.

Почему солнечная энергия еще не завоевала популярность?

Ответ на это является смесью экономических, политических и технологических факторов. С экономической точки зрения, в большинстве стран электричество, производимое солнечными батареями, все еще стоит дороже, чем электричество, получаемое при сжигании грязного, загрязняющего ископаемое топливо. В мире огромные инвестиции в инфраструктуру ископаемого топлива, и, хотя влиятельные нефтяные компании балуются с выбросами солнечной энергии, они, похоже, гораздо больше заинтересованы в продлении срока службы существующих запасов нефти и газа с помощью таких технологий, как Fracking (гидроразрыв). В политическом плане нефтяные, газовые и угольные компании являются чрезвычайно мощными и влиятельными и противостоят экологическим нормам, которые поддерживают возобновляемые технологии, такие как солнечная и ветровая энергия. Технологически, как мы уже видели, солнечные элементы - это постоянная «работа в процессе», и значительная часть мировых инвестиций в солнечную энергию по-прежнему основана на технологиях первого поколения. Кто знает, может быть, пройдет еще несколько десятилетий, прежде чем последние научные достижения сделают экономическое обоснование солнечной энергии действительно убедительным?

Одна проблема с такими аргументами заключается в том, что они взвешивают только основные экономические и технологические факторы и не учитывают скрытые экологические издержки таких вещей, как разливы нефти, загрязнение воздуха , разрушение земли от добычи угля или изменения климата - и особенно будущих затрат, которые трудно или невозможно предсказать. Вполне возможно, что растущее осознание этих проблем ускорит переход от ископаемого топлива, даже если дальнейших технологических достижений не будет; другими словами, может наступить время, когда мы больше не сможем откладывать универсальное принятие Возобновляемая энергия , В конечном итоге все эти факторы взаимосвязаны. При убедительном политическом лидерстве мир мог бы посвятить себя солнечной революции завтрашнего дня: политика может привести к технологическим усовершенствованиям, которые изменят экономику солнечной энергетики.

И одной экономики может быть достаточно. Темпы развития технологий, инноваций в производстве и эффекта масштаба продолжают снижать стоимость солнечных батарей и панелей. Только с 2008 по 2009 год, по словам аналитика BBC по окружающей среде Роджер Харрабин цены упали примерно на 30 процентов, и Растущее доминирование Китая в солнечной промышленности с тех пор продолжает сбивать их. В период с 2010 по 2016 год стоимость крупномасштабных фотоэлектрических устройств снижалась примерно на 10–15 процентов в год, согласно данным Управление энергетической информации США ; В целом, цена перехода на солнечную энергию упала примерно на 90 процентов за последнее десятилетие, что еще больше укрепило контроль Китая на рынке. Шесть из десяти ведущих мировых производителей солнечной энергии теперь китайцы; в 2016 году около двух третей новой солнечной мощности США пришли из Китая, Малайзии и Южной Кореи.

Фото: солнечные элементы - не единственный способ получить энергию от солнечного света - или даже обязательно лучший способ. Мы также можем использовать солнечный тепловой мощность (поглощая тепло солнечного света для нагрева воды в вашем доме), пассивный солнечный (проектирование здания для поглощения солнечного света) и солнечных коллекторов (показано здесь). В этой версии 16 зеркала собирать солнечный свет и концентрировать его на двигатель Стирлинга (серый прямоугольник справа), который является чрезвычайно эффективным производителем энергии. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено NREL (идентификатор изображения # 6323238).

Ожидается, что переломный момент для солнечной энергии наступит, когда он сможет достичь чего-то, называемого четностью энергосистемы , что означает, что генерируемое солнечной энергией, которую ты сам делаешь, становится дешевле, чем электроэнергия, которую ты покупаешь в энергосети. Многие европейские страны ожидают, что достигнут этого рубежа к 2020 году. В последние годы солнечная энергетика, безусловно, демонстрирует очень впечатляющие темпы роста, но важно помнить, что она по-прежнему составляет лишь небольшую часть всей мировой энергии. Например, в Великобритании солнечная индустрия похвасталась «значительным достижением» в 2014 году, когда она почти удвоила общую установленную мощность солнечных панелей с примерно 2,8 ГВт до 5 ГВт. Но это по-прежнему представляет собой лишь пару крупных электростанций и при максимальной мощности всего лишь 8 процентов от общего спроса на электроэнергию в Великобритании, составляющего примерно 60 ГВт (с учетом таких факторов, как облачность, это уменьшит ее до некоторой доли в 8 процентов). Согласно Управление энергетической информации США В Соединенных Штатах, где были изобретены фотоэлектрические технологии, по состоянию на 2017 год солнечная энергия составляет всего 1,3 процента от общего производства электроэнергии в стране. Теперь это на 50 процентов больше, чем в предыдущем году (когда этот показатель составлял 0,9 процента), и более чем в три раза больше, чем в 2014 году (когда солнечная энергия составляла всего 0,4 процента). Несмотря на это, он все равно примерно в 25 раз меньше, чем уголь, и в 50 раз меньше, чем все ископаемые виды топлива. Другими словами, даже 10-кратное увеличение солнечной энергии в США приведет к тому, что она будет производить вдвое меньше электроэнергии, чем уголь сегодня (10 × 1,3 = 13 процентов, по сравнению с 30,1 процента для угля в 2016 году). Следует отметить, что в двух крупнейших ежегодных энергетических обзорах в мире, Статистическом обзоре мировой энергетики BP и Международной энергетической статистике Международного энергетического агентства, практически не упоминается солнечная энергия, кроме как в сноске.

Это изменится в ближайшее время? Это просто возможно. Согласно 2016 статья исследователей из Оксфордского университета стоимость солнечной энергии в настоящее время падает настолько быстро, что к 2027 году она сможет обеспечить 20 процентов мировых потребностей в энергии, что будет шагом вперед по сравнению с тем, что мы имеем сегодня, и гораздо более быстрыми темпами роста, чем кто-либо ранее прогнозировал , Может ли этот темп роста продолжаться? Может ли солнечная энергия реально повлиять на изменение климата, пока не стало слишком поздно? Смотреть это пространство!

Краткая история солнечных элементов

  • 1839: французский физик Александр-Эдмон Беккерель (отец пионера радиоактивности Анри Беккерель) обнаружил, что некоторые металлы являются фотоэлектрическими: они производят электричество при воздействии света.
  • 1873: английский инженер Уиллоби Смит обнаружил, что селен является особенно эффективным фотопроводником (позже он был использован Честером Карлсоном в своем изобретении фотокопировальное устройство ).
  • 1905: физик немецкого происхождения Альберт Эйнштейн выясняет физику фотоэлектрического эффекта, открытие, которое в конечном итоге приносит ему Нобелевскую премию.
  • 1916: американский физик Роберт Милликэн экспериментально доказывает теорию Эйнштейна.
  • 1940: Рассел Ол из Bell Labs случайно обнаружил, что полупроводник с легированным переходом будет производить электрический ток при воздействии света.
  • 1954: исследователи Bell Labs Дэрил Чапин , Кэлвин Фуллер и Джеральд Пирсон создают первый практичный фотоэлектрический кремниевый солнечный элемент, эффективность которого составляет около 6 процентов (более поздняя версия управляет 11 процентами). Они объявляют о своем изобретении - первоначально названном "солнечной батареей" - 25 апреля.
  • 1958: космические спутники Авангард, Эксплорер и Спутник начинают использовать солнечные батареи.
  • 1962: 3600 солнечных батарей Bell используются для питания Telstar, новаторского телекоммуникационного спутника.
  • 1997: Федеральное правительство США объявляет о своей инициативе «Миллион солнечных крыш» - построить к 2010 году миллион крыш на солнечных батареях.
  • 2002: НАСА запускает свой солнечный самолет Pathfinder Plus.
  • 2009: Ученые обнаруживают, что кристаллы перовскита имеют большой потенциал в качестве фотоэлектрических материалов третьего поколения.
  • 2014: сотрудничество между немецкими и французскими учеными дает новый рекорд эффективности в 46% для четырехпереходного солнечного элемента.
  • 2020: Прогнозируется, что солнечные элементы достигнут паритета энергосистемы (электричество, производимое солнечной энергией, которое ты сам производишь, будет стоить дешевле, чем электроэнергия, которую ты покупаешь в энергосистеме)

Похожие

Типы заказов
Клиентский терминал позволяет подготовить заявки и запросить брокера на совершение торговых операций. Кроме того, терминал позволяет контролировать и управлять открытыми позициями. Для этих целей используются несколько типов торговых приказов. Заказ - обязательство клиента брокерской компании выполнить торговую операцию. В терминале используются следующие заказы: Рыночный заказ ,
Что такое ЦАП? Мне это нужно?
ЦАП также называется DAC только кажется, что-то новое на рынке аудио. Первые цифро-аналоговые преобразователи в коммерческом оборудовании были разработаны в 1982 году по стандарту Compact Disc. Необходимо было преобразовать цифровой сигнал в аналоговый, поэтому разработчики Phillips разработали чип TDA1540 - первый
Как искать авиабилеты и не переплачивать
Ниже приведен список нескольких популярных польских страниц, продающих билеты, выбранных таким образом, чтобы они были репрезентативной выборкой для двигателей GDS. aero.pl - работает на механизмах иностранной компании TravelTECH, в основе которой лежит Galileo. Другие клиенты TravelTECH: Travelovo.pl, TravelNow.pl, Fru.pl, EuroTravel (Латвия), Pasażer.com, TravelPolska, SerwisPracy.pl, Holiday Link (Литва) и многие другие amin.pl - работает на движке Travelport Galileo
Планирование сада - как это сделать?
... как именно он выглядит. Конечно, вы можете нанять профессионала, который позаботится об этом за вас. Тем не менее, для многих людей есть своего рода панк на самой низкой линии сопротивления, и еще одним аргументом, который говорит о планировании вашего сада самостоятельно, является финансовая проблема, которую вы должны заплатить, когда нанимаете профессионального дизайнера сада, который был вовлечен в это на протяжении многих лет.
Новые полимерные конструкции для строительства солнечных элементов
... солнечных электростанциях калькуляторы, часы или автомобили с гибридным приводом чаще всего изготавливаются из неорганических соединений, таких как кремний. Альтернативой применяемым растворам может быть новое поколение фотоэлектрических элементов из композитов, содержащих неорганические наночастицы и / или проводящие полимеры. Ученые из Силезского университета и Силезского технологического университета, которые только начинают проект, работают над созданием и использованием этих материалов.
Что такое АПРЕЛЬ, процентная ставка и риск?
Кассовый аппарат Stefczyk напоминает клиентам о процентном риске, связанном с взятыми кредитами Сумма погашаемых платежей зависит от процентной ставки по ссуде, и это, в свою очередь, для ссуд, заключенных к концу 2015
Солнечные и солнечные панели - когда выбрать эти установки?
Что вы узнаете из статьи? Сможет ли коллектор и панель значительно уменьшить образование смога? Сколько энергии мы получаем от солнца и сколько мы будем использовать? Насколько большой должна быть установка солнечных коллекторов и фотоэлементов? Какой тип установки будет лучшим для нас? Можем ли мы получить государственную поддержку для покупки коллекторов и солнечных батарей? ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА И ОГРАНИЧЕНИЕ СМОГА Солнечная
Как проверить качество интернет-соединения?
Очень часто мы имеем дело с техническим дефектом интернет-соединения, который, обнаруженный и описанный, позволит поставщику соответствующим образом реагировать. Речь идет не о полном отсутствии интернет-соединения, а о том, что сервис не работает с параметрами, гарантированными провайдером. Качество связи - это не только измерение скорости, но также оценка количества потерянных пакетов, длительности задержек и изменчивости задержек. Измерение скорости может быть выполнено с помощью веб-сайтов,
Как заказать курьера домой?
... как страховка, сбор или возврат документов или доставка вовремя. Эти данные позволят системе подготовить предложение. Поскольку брокеры работают с несколькими компаниями, вы можете обнаружить, что в зависимости от вариантов мы получим несколько предложений. Выберите услугу, введите свой адрес - адрес отправителя, откуда курьер заберет посылку и получателя. Также полезно указать адрес электронной почты и номер телефона для связи. Пожалуйста, предоставьте детали счета, если вам это
Бизнес говорит не беспокоить
Польские компании имеют опыт, уже приобрели капитал и менеджеров, которые способны осуществлять зарубежную экспансию, - подчеркнули участники дискуссии «Новые рынки, новые горизонты - взгляд лидеров» Польские предприниматели чаще всего ограничивают свою иностранную деятельность в Европе, особенно в Германии. Меньше решает покорить Китай и другие азиатские страны, и еще меньше присутствует в Африке, несмотря на то, что эти рынки имеют большой потенциал. Это может измениться, хотя завоевание
Знаете ли вы разницу между цисгендером и трансгендером? Вот что вам нужно знать об этих терминах ген...
Знаете ли вы разницу между цисгендером и трансгендером? Вот что вам нужно знать об этих терминах гендерной идентичности ... Getty - участник Сис мужчина или женщина идентифицирует себя с гендерной идентичностью,

Комментарии

МЫ ВЫБИРАЕМ КОЛЛЕКТОРЫ И ЭЛЕМЕНТЫ - КАК БОЛЬШАЯ УСТАНОВКА?
МЫ ВЫБИРАЕМ КОЛЛЕКТОРЫ И ЭЛЕМЕНТЫ - КАК БОЛЬШАЯ УСТАНОВКА? Прежде всего, нет оснований ожидать, что благодаря коллекторам у нас будет горячая вода на весь год. Это не только вопрос размера установки, потому что зимой, во время заморозков, антифриз нагревается до слишком низкой температуры. Даже жидкость в вакуумных коллекторах, которые в зимних условиях лучше плоских, нагревается только до температуры около 20 ° C. Затем вода для стирки предварительно слегка нагревается, и до полезной
Как мы себя чувствуем, когда вдруг мы не сможем сделать перевод с телефона, написать обратно на важное сообщение через социальные сети или расслабиться с любимым чтением?
Как мы себя чувствуем, когда вдруг мы не сможем сделать перевод с телефона, написать обратно на важное сообщение через социальные сети или расслабиться с любимым чтением? Хорошо разработанные приложения могут значительно облегчить нашу повседневную работу. Все зависит, конечно, от работы, интересов или только от состояния технологий наших мобильных устройств. Популярные компании превосходят друг друга в создании все более изысканных моделей смартфонов, которые быстро выводятся на рынок. Доступность
Ведь мы пьем, почему не можем?
Ведь мы пьем, почему не можем? эксперименты Все, наверное, слышали об экспериментах с колой и ментосом. Если нет, рекомендую посмотреть на YouTube потому что то, что люди создали с помощью этих двух продуктов, волшебно. Это, вероятно, лучший (и самый полезный для человека) способ употребления колы. Я не помещаю это видео здесь намеренно, потому что я не хочу мешать правильному
Подробнее о том, почему снижается доходность, когда цены на недвижимость растут в статье: Цена и рентабельность - что растет, а что падает?
Ведь мы пьем, почему не можем? эксперименты Все, наверное, слышали об экспериментах с колой и ментосом. Если нет, рекомендую посмотреть на YouTube потому что то, что люди создали с помощью этих двух продуктов, волшебно. Это, вероятно, лучший (и самый полезный для человека) способ употребления колы. Я не помещаю это видео здесь намеренно, потому что я не хочу мешать правильному
Но как это сделать, когда мы импортируем товары от дюжины разных поставщиков и выбираем лучшее предложение, мы должны сравнить цены и уровень запасов для всех?
Но как это сделать, когда мы импортируем товары от дюжины разных поставщиков и выбираем лучшее предложение, мы должны сравнить цены и уровень запасов для всех? Прежде чем мы сможем это сделать, клиент уже может купить продукт у конкурентов ... В такие моменты программное обеспечение приходит на помощь ResellerInfo , созданный Future Home. Это продукт, созданный для
Что вы знаете, что вы можете сделать?
Что вы знаете, что вы можете сделать? Какой у вас опыт? Иногда ваши компетенции могут просто не отвечать спросу на рынке труда. В этом случае подумайте о расширении существующих или приобретении новых. Если вы безработный, не просто сосредоточьтесь на поиске работы - вы также можете посвятить свое время развитию своих навыков или изучению новых. Вы даже можете сделать это онлайн - последние онлайн-курсы являются сенсацией. Вы можете найти бесплатные или очень дешевые курсы. Помните,
В заключение следует сказать, что мы задаемся вопросом «не», а «как» осуществлять проекты в начальной школе?
В заключение следует сказать, что мы задаемся вопросом «не», а «как» осуществлять проекты в начальной школе? После многолетнего опыта работы в гимназиях (и не только) учителя приобрели определенный опыт. Они уже знают, с какими барьерами можно столкнуться и как минимизировать эти угрозы. Существует также много хороших практик и публикаций по этому предмету, потому что метод был успешно реализован на всех этапах обучения, даже с самыми маленькими студентами. И вот следующий миф о том, что проект
Что еще мы должны покрыть?
Что еще мы должны покрыть? Пишите нам на theupside@theguardian.com
Что такое дебиторская задолженность, как оплатить расходы и какова стоимость поездки в зарубежную поездку?
Что такое дебиторская задолженность, как оплатить расходы и какова стоимость поездки в зарубежную поездку? Что должен знать сотрудник, идущий в делегацию? Источник: easyaudit.com С 1 марта 2013 года Постановление министра труда и социальной политики с внесенными в него поправками стало обязательным в отношении
Разве искусство не все, что мы создаем тогда?
Разве искусство не все, что мы создаем тогда? Ну, это так, но с некоторыми конкретными предположениями! Эта гипотеза требует конкретной аргументации. В начале мы предполагаем, что процесс творчества превращается в искусство. Другими словами, созданный объект будет представлять собой определенную «работу», а автор этой темы автоматически получит название «художник». Это очень общий постулат, и на данный момент это основа для определенных предположений. Можно также предположить,
Мы часто задаемся вопросом, почему мы страдаем от рака, откуда он взялся?
Мы часто задаемся вопросом, почему мы страдаем от рака, откуда он взялся? Почему XXI век - это бесплодие и депрессия? Конечно, причин может быть много, но одна из них и о ней стоит знать, это может быть смог. Я не хочу вас пугать, потому что это не то, что я имею в виду, но я брошу две графики, потому что лучше знать, чем не знать.

Сколько энергии мы можем получить от Солнца?
Что такое солнечные элементы?
Как сделаны солнечные батареи?
Насколько эффективны солнечные батареи?
А как насчет солнечных ферм?
Почему мы тратим время на бурение на добычу нефти и копание угля, когда над нами в небе находится гигантская электростанция, бесплатно раздающая чистую, бесперебойную энергию?
Но как именно это работает?
Что такое солнечные элементы?
Как сделаны солнечные батареи?
Насколько эффективны солнечные батареи?