Радиоизотопные источники энергии

Отчет №1

Система энергоснабжения космического аппарата (система энергопитания, СЭП) — система космического аппарата обеспечивающая электропитание других систем, является одной из важнейших систем, во многом именно она определяет геометрию космических аппаратов, конструкцию, массу, срок активного существования. Выход из строя системы энергоснабжения ведёт к отказу всего аппарата.В состав системы энергопитания обычно входят: первичный и вторичный источник электроэнергии, преобразующие, зарядные устройства и автоматика управления.

Спутник связи Молния-1. Хорошо видны 6 панелей солнечных батарей, жёстко закреплённых на корпусе. Для максимизации мощности такой установки необходима постоянная ориентация корпуса аппарата на Солнце, что потребовало разработки оригинальной системы управления ориентацией

Параметры системы

Требуемая мощность энергетической установки аппарата непрерывно растёт по мере освоения новых задач. Так первый искусственный спутник Земли (1957 год) обладал энергоустановкой мощностью порядка 40 Вт, аппарат Молния-1+ (1967 год) обладал установкой мощностью 460 Вт[1], спутник связи Яхсат 1Б (2011 год) — 12 кВт[2].Сегодня большинство бортовой аппаратуры космических аппаратов иностранного производства питается постоянным напряжением 28 или 12 вольт. При необходимости обеспечения потребителя переменным напряжением или постоянным нестандартной величины используются статические полупроводниковые преобразователи

Первичные источники энергии

В качестве первичных источников используются различные генераторы энергии:

1. солнечные батареи;

2. химические источники тока, в частности:

3. аккумуляторы,

4. гальванические элементы,

5. топливные элементы;

6. радиоизотопные источники энергии;

7. ядерные реакторы.

В состав первичного источника входит не только собственно генератор электроэнергии, но и обслуживающие его системы, например система ориентации солнечных батарей.

Часто источники энергии комбинируют, например, солнечную батарею с химическим аккумулятором.

Аккумуляторные батареи

Самыми распространёнными в космической технике являются никель-кадмиевые аккумуляторы, так как они обеспечивают наибольшее количество циклов заряд-разряд и имеют лучшую стойкость к перезаряду. Эти факторы выходят на первый план при сроках службы аппарата более года. Другой важной характеристикой химического аккумулятора является удельная энергия, определяющая массо-габаритные характеристики батареи. Ещё одна важная характеристика — это надёжность, так как резервирование химических аккумуляторов крайне нежелательно из-за их высокой массы. Используемые в космической технике аккумуляторы, как правило, имеют герметичное исполнение; герметичность обычно достигается с помощью металло-керамических уплотнений. К батареям также предъявляются следующие требования:

1. высокие удельные массогабаритные характеристики;

2. высокие электрические характеристики;

3. широкий диапазон рабочих температур;

4. возможность зарядки низкими токами;

5. низкие токи саморазряда.

 

Помимо основной функции аккумуляторная батарея может играть роль стабилизатора напряжения бортовой сети, так как в рабочем диапазоне температур её напряжение меняется мало при изменении тока нагрузки.

Топливные элементы

Впервые этот тип источника энергии был использован на космическом аппарате Джемини в 1956 году. Топливные элементы имеют высокие показатели по массо-габаритным характеристиками и удельной мощности по сравнению с парой солнечные батареи и химический аккумулятор, устойчивы к перегрузкам, имеют стабильное напряжение, бесшумны. Однако они требуют запаса топлива, потому применяются на аппаратах со сроком нахождения в космосе от нескольких дней до 1—2 месяцев.

Используются в основном водород-кислородные топливные элементы, так как водород обеспечивает наивысшую калорийность, и, кроме того, образовавшаяся в результате реакции вода может быть использована на пилотируемых космических аппаратах. Для обеспечения нормальной работы топливных элементов необходимо обеспечить отвод образующихся в результате реакции воды и тепла. Ещё одним сдерживающим фактором является относительно высокая стоимость жидкого водорода и кислорода, сложность их хранения.

Схема

6. Литература

Гущин В. Н. Системы энергопитания // Основы устройства космических аппаратов: Учебник для вузов. — М.: Машиностроение, 2003. — С. 217—241. — 272 с. — 1000 экз. — ISBN 5-217-01301-X

Заключение

На этом этапе мы провели работу над система энергоснабжения космического аппарата (система энергопитания, СЭП). Система космического аппарата обеспечивающая электропитание других систем, является одной из важнейших систем, во многом именно она определяет геометрию космических аппаратов, конструкцию, массу, срок активного существования. Мы разработали идеальный подвиды схем которые указаны выше. Это функциональная, концептуальная, принципиальная схема для СЭП.

 

Отчет №2

Электрический аккумулятор — химический источник тока многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве и в других сферах

 

Принцип действия

Литий-ионный аккумулятор

Характеристики

Максимально возможный полезный заряд аккумулятора называется зарядной ёмкостью, или просто ёмкостью. Ёмкость аккумулятора — это заряд, отдаваемый полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ ёмкость аккумуляторов измеряют в кулонах, на практике часто используется внесистемная единица — ампер-час. 1 А⋅ч = 3600 Кл.Реже на аккумуляторах указывается энергетическая ёмкость — энергия, отдаваемая полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ она измеряется в джоулях, на практике иногда используется внесистемная единица — ватт-час. 1 Вт⋅ч = 3600 Дж.Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы:

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с бо́льшим напряжением при ограничении тока. Наиболее распространённым считается зарядный ток (в амперах) в 1/10 номинальной ёмкости аккумулятора (в ампер⋅часах), однако эта величина не имеет никакого научного обоснования. Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эксплуатации, например NiMH-аккумуляторы чувствительны к перезаряду, литиевые — к переразряду, напряжению и температуре. NiCd- и NiMH-аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, заключающийся в снижении ёмкости, в случае когда зарядка осуществляется при не полностью разряженном аккумуляторе. Также эти типы аккумуляторов обладают заметным саморазрядом, то есть они постепенно теряют заряд, даже не будучи подключенными к нагрузке. Для борьбы с этим эффектом может применяться капельная подзарядка.

 

Типы аккумуляторов

· Никель-солевой аккумулятор

· Железо-воздушный аккумулятор

· Железо-никелевый аккумулятор

· Лантан-фторидный аккумулятор

· Литий-железно-сульфидный аккумулятор

· Литий-железно-фосфатный аккумулятор

· Литий-ионный аккумулятор (Li-Ion)

· Литий-полимерный аккумулятор

· Литий-титанатный аккумулятор

· Литий-фторный аккумулятор

· Литий-хлорный аккумулятор

· Литий-серный аккумулятор

· Натрий-никель-хлоридный аккумулятор

· Натрий-серный аккумулятор

· Никель-кадмиевый аккумулятор (NiCd)

· Никель-металл-гидридный аккумулятор (NiMH)

· Никель-цинковый аккумулятор

· Свинцово-водородный аккумулятор

· Свинцово-кислотный аккумулятор

· Серебряно-кадмиевый аккумулятор

· Серебряно-цинковый аккумулятор

· Цинк-бромный аккумулятор

· Цинк-воздушный аккумулятор

· Цинк-хлорный аккумулятор

· Никель-водородный аккумулятор

История

Первые советские пальчиковые аккумуляторы Д-0,26 и НКГЦ собирались на заводе «Аналог» (г. Ставрополь), практически вручную

Схемы

Заключение

В этом отчете мы объяснили принцип работу электрический аккумулятора. Электрический аккумулятор — химический источник тока многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве и в других сферах. А так же мы разработали индивидуальную схему для этого отчета.

 

Отчет №3

Топливние элементы

Впервые этот тип источника энергии был использован на космическом аппарате Джемини в 1956 году. Топливные элементы имеют высокие показатели по массо-габаритным характеристиками и удельной мощности по сравнению с парой солнечные батареи и химический аккумулятор, устойчивы к перегрузкам, имеют стабильное напряжение, бесшумны. Однако они требуют запаса топлива, потому применяются на аппаратах со сроком нахождения в космосе от нескольких дней до 1—2 месяцев.Используются в основном водород-кислородные топливные элементы, так как водород обеспечивает наивысшую калорийность, и, кроме того, образовавшаяся в результате реакции вода может быть использована на пилотируемых космических аппаратах. Для обеспечения нормальной работы топливных элементов необходимо обеспечить отвод образующихся в результате реакции воды и тепла. Ещё одним сдерживающим фактором вляетяся относительно высокая стоимость жидкого водорода и кислорода, сложность их хранения.Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе.Топливные элементы осуществляют превращение химической энергии топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.Естественным топливным элементом является митохондрия живой клетки. Митохондрии перерабатывают органическое «горючее» — пируваты и жирные кислоты, синтезируя АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов в живых организмах, одновременно создавая разность электрических потенциалов на своей внешней мембране. Однако копирование этого процесса для получения электроэнергии в промышленных масштабах лишено смысла, т. к. на долю электрической разности потенциалов приходится ничтожная доля химической энергии исходных веществ: почти вся энергия передаётся молекулам АТФ.

Устройство ТЭ

Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые теоретически могут иметь очень высокий коэффициент преобразования химической энергии в электрическую (~80 %)[источник не указан 1497 дней].КПД, определённый по теплоте химической реакции, может быть и выше 100 % из-за того, что в работу может превращаться и теплота окружающей среды. Здесь тем не менее нет никакого противоречия с ограничениями на КПД тепловых машин, поскольку топливные элементы не работают по замкнутому циклу и реагирующие вещества не возвращаются в начальное состояние. При химической реакции в топливном элементе в электрическую энергию превращается в конечном счёте не теплота реагентов, а их внутренняя энергия и, возможно, некоторое количество теплоты из окружающей среды

Пример водородно-кислородного топливного элемента

Водородно-кислородный топливный элемент с протонообменной мембраной (например, «с полимерным электролитом») содержит протонопроводящую полимерную мембрану, которая разделяет два электрода — анод и катод. Каждый электрод обычно представляет собой угольную пластину (матрицу) с нанесённым катализатором — платиной или сплавом платиноидов и др. композиции.На катализаторе анода молекулярный водород диссоциирует и теряет электроны. Катионы водорода проводятся через мембрану к катоду, но электроны отдаются во внешнюю цепь, так как мембрана не пропускает электроны.На катализаторе катода молекула кислорода соединяется с электроном (который подводится из внешних коммуникаций) и пришедшим протоном и образует воду, которая является единственным продуктом реакции (в виде пара и/или жидкости).Топливные элементы не могут хранить электрическую энергию, как гальванические или аккумуляторные батареи, но для некоторых применений, таких как работающие изолированно от электрической системы электростанции, использующие непостоянные источники энергии (солнце, ветер), они совместно с электролизёрами, компрессорами и ёмкостями для хранения топлива (например, баллоны для водорода) образуют устройство для хранения энергии. Общий КПД такой установки (преобразование электрической энергии в водород и обратно в электрическую энергию) 30–40 %.[источник не указан 1136 дней]

Мембрана

Мембрана обеспечивает проводимость протонов, но не электронов. Она может быть полимерной (Нафион (Nafion), полибензимидазол и др.) или керамической (оксидной и др.). Впрочем, существуют ТЭ и без мембраны

История

Высокий КПД

У топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин (КПД цикла Карно является максимально возможным КПД среди всех тепловых машин с такими же минимальной и максимальной температурами).Высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. Если в обычных генераторных установках топливо сначала сжигается, полученный пар или газ вращает турбину или вал двигателя внутреннего сгорания, которые в свою очередь вращают электрический генератор. Результатом становится КПД максимум в 53 %, чаще же составляет порядка 35-38 %. Более того, из-за множества звеньев, а также из-за термодинамических ограничений по максимальному КПД тепловых машин, существующий КПД вряд ли удастся поднять выше. У существующих топливных элементов КПД составляет 60-80 %.КПД почти не зависит от коэффициента загрузки.

Экологичность

В воздух выделяется лишь водяной пар, который не наносит вреда окружающей среде.

Компактные размеры

Топливные элементы легче и имеют меньшие размеры, чем традиционные источники питания. Топливные элементы производят меньше шума, меньше нагреваются, более эффективны с точки зрения потребления топлива. Это становится особенно актуальным в военных приложениях. Например, солдат армии США носит 22 различных типа аккумуляторных батарей. [источник не указан 1219 дней] Средняя мощность батареи 20 ватт. Применение топливных элементов позволит сократить затраты на логистику, снизить вес, продлить время действия приборов и оборудования.

Заключение

В данный отчете о Топливние элементе. Топливние элементы-впервые этот тип источника энергии был использован на космическом аппарате Джемини в 1956 году. Топливные элементы имеют высокие показатели по массо-габаритным характеристиками и удельной мощности по сравнению с парой солнечные батареи и химический аккумулятор, устойчивы к перегрузкам, имеют стабильное напряжение, бесшумны. Мы составили схему которая делиться на концептуальную, функциональную и принципиальную.

 

Отчет №4

Радиоизотопные источники энергии — устройства различного конструктивного исполнения, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие её в электроэнергию. Радиоизотопный источник энергии принципиально отличается от атомного реактора тем, что в нём используется не управляемая цепная реакция, а энергия естественного распада радиоактивных изотопов.

Один из радиоизотопных генераторов зонда Кассини Радиоизотопный генератор космического аппарата New Horizons

Работы в США

В 1956 году в США возникла программа под названием SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power — вспомогательные ядерные энергетические установки). Программа была разработана для удовлетворения потребностей в надёжном автономном источнике энергии, который можно использовать в отдаленных местах в течение значительного промежутка времени без всякого обслуживания. Успехом этой программы явилось появление таких источников на спутниках «Транзит» (SNAP-11), Американской антарктической станции, в Арктическом бюро погоды (SNAP-7-D, SNAP-7-Е, SNAP-10-А). Были созданы генераторы SNAP-1А, SNAP-2, SNAP-3, SNAP-3А1 (1969 г.), SNAP-8, NAP-100 (1959 г.), SNAP-50, использующие парортутный цикл Ренкина (турбогенератор).

Работы в СССР и России

На космических аппаратах «Космос-84», «Космос-90» (1965 г.), использовались радиоизотопные генераторы «Орион-1» и «11К» на основе полония-210.[1] На аппаратах «Луноход-1» (1970 г.), «Луноход-2» (1973 г.) использовались радиоизотопные источники тепла на основе полония-210.Российские радиоизотопные генераторы: БЕТА-1, БЕТА-2, БЕТА-3, БЕТА-М, БЕТА-С, МИГ-67, РИТ-90, Эфир-МА, РИТЭГ-ИЭУ-1, РИТЭГ-ИЭУ-1М, РИТЭГ-ИЭУ-2, РИТЭГ-ИЭУ-2М, «Гонг», «Горн», «Сеностав-1870», РИТЭГ-238/0,2 («Ангел») и многие другие

1.3.Американские радиоизотопные генераторы:

NAP-100, SNAP-1А, SNAP-2, SNAP-3, SNAP-3А1, SNAP-7-D, SNAP-7-Е, SNAP-8, SNAP-10-А, SNAP-11, SNAP-50, SNAP-9, SNAP-19, SNAP-21, SNAP-23, SNAP-25, SNAP-27, SNAP-29, Stirling Radioisotope Generator (SRG) и др.В настоящее время в США сформирован отдел систем радиоизотопной энергии при министерстве энергетики США, и таким образом радиоизотопная энергетика выделилась и стала самостоятельной областью энергетики.

Схемы

 

 

Заключение

Отчет №4 о Радиоизотопные источники энергии. Радиоизотопные источники энергии — устройства различного конструктивного исполнения, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие её в электроэнергию. Радиоизотопный источник энергии принципиально отличается от атомного реактора тем, что в нём используется не управляемая цепная реакция, а энергия естественного распада радиоактивных изотопов. Мы разработали 3 вида схем, который вы можете увидеть выше.

 

Отчет №5

Солнечные панели (солнечные батареи)

"Солнечные панели" (солнечные батареи) - это наборы соединенных друг с другом и заключенных в раму "солнечных ячеек". "Солнечная ячейка" (солнечный элемент) - это небольшое полупроводниковые устройство, преобразующиее энергию света в электрическую. Это явление было открыто в 1839 году французским физиком Эдмондом Беккерелем и было названо в последствии "фотовольтаическим эффектом". Исследованиями в этой области в 19м веке занимались многие ученые в разных странах. В 1888 году русский физик Александр Столетов сформулировал основные законы преобразования света в электрический ток и создал первую "солнечную ячейку". В 1954 г. были созданы первые "солнечные ячейки" на основе кристаллов кремния. В 1963 году компанией Sharp была реализована концепция солнечной панели. В 1967 солнечные панели впервые были использованы на пилотируемом космическом аппарате - "Союз-1". Фотовольтаические технологии активно исследовались в разных странах и особенно в космических державах США и СССР. Энергетичекий кризис 1970х годов подтолкнул работы в этой области, но производство солнечных панелей еще долгое время оставалось довольно дорогим.

С конца 1980х годов продолжался рост производства и продаж солнечных панелей. Из экзотической космической технологии солнечные элементы стали настолько обычными, что их стали использовать для бытовых приборов - калькуляторов, часов и т.п., а также начали строить малые и средние электростанции. В 1999 году общая мощность солнечных панелей установленных в мире достигла 1 гигаватта. За последующие десять лет последовал настоящий солнечный бум. В 2009 году общая мощность фотовольтаических электростанций мира достигла 23 гигаватт, в 2010 увеличилась всего за год почти двукратно - до 40 гигаватт. На начало 2012 года общая мощность солнечной фотовольтаической энергетики оценивается в 70 гигаватт и, как ожидается, продолжит расти.

Россия - северная страна, где возможности использования солнечной энергии естественным образом ограничены. Тем не менее стоит задуматься о том, что в соседнем Европейском Союзе в 2010 году солнечные панели обеспечили 22,5 тераватт-часов энергии, причем лидерами солнечной энергетики в ЕС являются не самые солнечные Германия, Бельгия и Чехия. Солнечные батареи можно и нужно использовать в России и особенно в южных регионах.

Не требует топлива.

Использование энергии солнца требует затрат практически только на установку. В дальнейшем потребитель получает уже бесплатную энергию. Никаких специальных профилактических работ для солнечных панелей не требуется. Их можно разве что протирать от пыли. Расположение панелей на возвышении и под углом 70 градусов способствует тому, что на панелях не накапливается снег зимой.

Работает постоянно.

Солнечная система регулируется автоматически. Ее не нужно постоянно включать и выключать как дизель. В системах автономного электроснабжения на солнечных батареях электричество запасается на специальных аккумуляторах. Поэтому энергия доступна для использования и днем и ночью.
3. Бесшумность. Поскольку электричество производится путем прямого преобразования энергии света, то нет абсолютно никаких шумов. Если дизель своим гулом может мешать вам и вашим соседям, то с солнечной системой таких проблем нет.
4. Длительный срок безаварийной службы. Качественные солнечные панели рассчитаны на работу в течение не менее 25 лет. За это время происходит постепенное небольшое снижение мощности. Следующие 20 лет система будет вырабатывать примерно 80% энергии от изначальной мощности. Таким образом, общий срок службы составляет 45 лет и выше. Для сравнения ветряная система обычно рассчитана на 15-20 лет, а дизель на 5-10 лет. При этом, поскольку в солнечных панелях нет движущихся частей, то практически исключены износ и поломка.
5. Надежность. Солнечная система гарантированно вырабатывает электроэнергию каждый день от восхода до заката. Производительность снижается в пасмурную погоду, но все же солнечные панели дают электроэнергию и в этом случае. В этом смысле солнечные панели надежнее ветряных турбин, поскольку ветер значительно менее постоянен, чем дневной свет. В сравнении же с жидкотопливными системами можно предположить, что дизель более прогнозируем и надежен в плане обеспечения электроэнергии. Однако, следует помнить, что дизель может не завестись, поломаться, а также зависит от наличия топлива. С учетом этих факторов солнечные панели могут оказаться и надежнее.
6. Общедоступность. Солнечный свет есть практически везде и это в некоторых случаях критическое преимущество солнечных панелей перед ветряными и дизельными системами. Особенности рельефа, застройки, метеорологических особенностей, размера участка, могут не позволить разместить ветряк, а вот для солнечных систем ограничений гораздо меньше. Для солнечных панелей требуется лишь не затененная поверхность, желательно обращенная на южную сторону. При этом по сравнению с ветрогенератором, не требуется установка мачты, ведь панели можно просто разместить на крыше. Преимущества у солнечных панелей по доступности установки есть и по сравнению с дизелем. Ведь далеко не везде есть возможность стабильной доставки топлива. А иногда такая доставка сопряжена со значительными затратами и трудностями. Солнце же есть везде.
7. Возможность произвольного изменения мощности системы. У жидкотопливных и ветряных систем мощность фиксированная. А вот у солнечных систем это величина произвольная. Можно установить небольшую панель и использовать для малопотребляющих приборов. Это обойдется дешевле. А если выяснится, что установленной мощности не хватает, то можно всегда нарастить, доставив больше панелей нужного размера.Конечно, идеальных систем не бывает. Хотя солнечные панели и являются оптимальным выбором для автономных систем электроснабжения, у них есть и ограничения:

- В зимнее время производительность солнечных батарей снижается в полтора-два раза. Большое число солнечных дней в зимний период в районах с континентальным климатом частично компенсирует снижение производительности солнечных систем, но тем не менее потенциал выработки энергии является минимальным в ноябре и декабре. Чем дальше на север, тем этот эффект заметнее. На юге Приморского края такой эффект минимален и при достаточной мощности установленных солнечных батарей электричества вполне достаточно и зимой. Кроме того, в Приморском крае в силу климатических особенностей январь, февраль и март являются наиболее солнечными месяцами. В этот период количество солнечной энергии больше чем летом.
- Низкая эффективность для использования в отопительных системах. Солнечные фотовольтаические панели нежелательно использовать для основанных на электронагревательных элементах отопительных системах. Для отопления и нагрева воды значительно больший эффект дают солнечные коллекторы. Солнечная панель преобразует в электричество лишь около 15% солнечной энергии. Солнечный коллектор аналогичной площади преобразует в тепло до 90% поступающей солнечной энергии. При этом солнечный коллектор дешевле. Но тем не менее при желании можно использовать солнечные панели для нагрева воды и в отоплении в малых системах.
- Необходимость высокой энергоэфффективности. Сравнительно высокая стоимость солнечных панелей делает их рентабельными лишь в случае, когда расход электроэнергии оптимально оптимизирован. Это означает необходимость использования наиболее современной энергосберегающей техники, светодиодного освещения, датчиков движения и пр. С другой стороны использование современных технологий делает жизнь комфортнее.
- Необходимость достаточной интенсивности света. Хотя солнечные батареи можно устанавливать практически везде, понятно, что эффективность будет выше там, где больше солнечного света. Например, если участок планируемой установки находится на северной стороне крутого холма или затенен близстоящими зданиями, то установка в этом месте может быть нерентабельной. Меньшая эффективность может быть в местах с высокой сезонной облачностью или туманами на побережье. В этом случае следует провести исследование интенсивности солнечного света, по результатам которого будет понятно какое количество энергии смогут вырабатывать солнечные панели в заданном месте и является ли установка целесообразной.

Виды солнечных батарей

Монокристаллический кремний

Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Скозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +25 °С).

Производительность таких солнечных панелей за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается, по некоторым данным на пол-процента в год, а общий заявляемый срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет.Действительно ли монокристаллические солнечные панели служат так долго? На самом деле большинство солнечных панелей, используемых сегодня не работали 50 лет. В распоряжении нашей компании есть солнечная панель, которая работает свыше 10 лет и еще не показала видимого снижения мощности. Исследования компании Brightstar Solar (2009) показали, что произведенные 40 лет назад монокристаллические солнечные панели до сих пор работают и их мощность составляет около 80% от изначальной.
Так что на сегодня монокристаллические солнечные панели - это самый надежный источник получения электроэнергии от солнца.

Поликристаллический кремний

Технология принципиально не отличается от монокристаллических элментов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 14 до 15%. Тем не менее эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства.В России перспективнее все же использовать монокристаллические панели, поскольку при неразвитости собственного производства и больших расстояниях целесообразнее ввозить и транспортировать более эффективные панели.

Ленточный кремний

Принципиально такой же как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезается от кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытие дает радужную окраску таким панелям. Эта технология не смогла завоевать рынок, занимая на нем лишь около 2% и постепенно снижается. В России почти не встречается.

Аморфный кремний

В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца у худших производителей. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию. Распознать такую панель на вид можно по более блеклому сероватому или темному цвету непонятных оттенков.Бывают ли качественные солнечные панели из аморфного кремния? Бывают. При этом стоят дороже и продавцы описывают их в восторженных тонах. Тем не менее по эффективности и срокам службы самые качественные панели из аморфного кремния не могут сравниться с моно или поликристаллическими. Эффективность панелей из аморфного кремния - 6-9%, то есть для получения такого же количества энергии по сравнению с монокристаллическими панелями требуется в два-три раза больше площадь. Срок службы может составлять 10-15 и более лет, но за это время мощность значительно падает. Как правило производители заявляют для панелей из аморфного кремния заниженную мощность, которая ниже чем фактическая. Но за счет деградаци и падения мощности в первые несколько месяцев эти значения постепенно выравниваются.Панели из аморфного кремния лучше всего использовать в пустынях, где много солнца и много места. Для частных проектов на ограниченной территории монокристаллические панели оказываются выгоднее, поскольку служат гораздо дольше и занимают гораздо меньше места.

Тонкопленочные технологии

Тонкопленочные солнечные фотоэлектрические элементы могут производиться из разных веществ. Чаще всего из аморфного кремния. Но также могут быть из медно-галлиевые, теллур-кадмиевые и другие. Тонкопленочные технологии солнечных элементов обладают следующими преимуществами:

· их можно использовать для создания гибких модулей, которые можно складывать или сворачивать, что удобно для поездок, хотя и повышает риск порчи элементов и сокращает срок их службы

· тонкие слои производящего электричество вещества можно наносить на стекло, которое будет прозрачным и в то же время производить энергию, правда количество этой

· энергии довольно мало и поэтому такое применение мало практично.

· изначально тонкопленочные технологии разрабатывались для удешевления производства солнечных элементов в то время как моно и поли кристаллические элементы были дорогими, но с ростом рынка стоимость производства тонкопленочных модулей оказалась незначительно ниже.

Стоит ли использовать тонкопленочные солнечные модули? Смотря для каких целей. Например, сворачиваемую панель для зарядки ноутбука в поездке вполне. Можно поставить и стекла, генерирующие электричество, будет круто, только не надо ожидать чудес, электричества может быть будет достаточно для лампочки.

Для стабильного обеспечения электричеством дома использовать тонкопленочные (тонкослойные) модули (из аморфного кремния) не стоит. У тонкопленочных срок службы штатной мощности - 10-15 лет от самых лучших производителей. В то время как моно и поликристаллические служат 25-40 лет. Обратите внимание, ни в одной рекламе аморфного кремния или тонкопленочных технологий не пишут о сроке службы, потому что это их основной недостаток - постепенное падение мощности уже после первых лет работы.

Теллурид кадмия

Этот тип тонкослойных солнечных элементов обладает потенциально большей эффективностью и в качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективность составляет 8-11%. По себестоимости эти элементы не намного дешевле моно- и поли- кристаллических кремниевых и обладают проблемой использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка. Допуск таких панелей в Россию нежелателен в первую очередь из-за отечественного неумения обращаться с потенциально токсичной продукцией.

Другие солнечные элементы

Помимо вышеперечисленных есть еще много различных солнечных элементов, не получивших большого распространения. Потенциально перспективными являются медно-галлиевые, концентрирующие, композитные и некоторые другие элементы.

Солнечная батарея на МКС

На сегодняшний день солнечные батареи считаются одним из самых надёжных и достаточно хорошо отработанных вариантов обеспечения космического аппарата энергией.Мощность изл