Сонячні батареї

Управління освіти і науки Білоцерківської міської ради

Білоцерківський колегіум Білоцерківської міської ради Київської області

Секція фізики

Сонячні батареї

Роботу виконав

Гордієнко Богдан Юрійович

учень 21 групи

Білоцерківського колегіуму

Науковий керівник

Тимошенко Юрій Іванович

вчитель фізики

Білоцерківського колегіуму

Біла Церква 2010р.

ЗМІСТ

Вступ

Розділ 1. Загальні відомості

1.1 Використання сонячної енергії

Розділ 2. Явище фотоефекту і фотоелементи

2.1Фотоефект

2.2 Практичне застосування фотоефекту. Фотоелементи

Розділ 3. Сонячні батареї

3.1 Принцип роботи сонячної батареї

3.2 Сонячні модулі

3.3 Використання сонячних батарей

3.4 Ситуація в Україні

3.5 Переваги використання сонячних батарей

Висновок

Список використаних джерел

ВСТУП

Ця робота аналізує способи видобутку альтернативних джерел електроенергії, які стають все більш актуальними та доступними у побутовому і промисловому використанні. Так як у недалекому майбутньому буде досить важко задовольняти потреби людства за рахунок невідновлювальних джерел енергії, тому людство все більше звертає увагу на альтернативну енергетику, одним з найперспективніших напрямків якої є сонячна енергетика, тому ця науково-дослідницька робота присвячується саме цій темі.

Мета роботи. - ознайомитися з перспективною технологією виробництва енергії, з’ясувати їх переваги і недоліки; з’ясувати роль і місце сонячної енергетики сьогодення та перспективи її розвитку в світі та в Україні; вивчити будову та принцип дії сонячних елементів; розглянути їх можливе застосування у сучасному побуті і промисловості.

Матеріали і методи дослідження. Шляхом обробки різних джерел (наукова література та інтернет-статті) ми дослідили принцип дії фотоефекту, прослідкували історію розвитку сонячних елементів, розглянули переваги і недоліки використання сонячних батарей в побуті і промисловості.

Розділ 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

1.1 Використання сонячної енергії

Ще в старовині люди почали замислюватися про можливість вживання сонячної енергії. Згідно легенді, великий грецький вчений Архімед спалив ворожий флот, що оточив його рідне місто Сіракузи, за допомогою системи дзеркал. Напевно відомо, що близько 3000 років тому султанський палац в Туреччині опалювався водою, нагрітою сонячною енергією. Стародавні жителі Африки, Азії і Середземномор'я одержували куховарську сіль, випаровувавши морську воду. Справжній "сонячний бум" почався в XVIII сторіччі, коли наука, звільнена від пут релігійних марновірств, пішла вперед семимильними кроками. Перші сонячні нагрівачі з'явилися у Франції. Природодослідник Ж. Бюффон створив велике увігнуте дзеркало, яке фокусувало в одній крапці відображене сонячне проміння. Це дзеркало було здатне в ясний день швидко запалити сухе дерево на відстані 68 метрів. Незабаром після цього шведський вчений Н. Соссюр побудував перший водонагрівач. Це був всього лише дерев'яний ящик з скляною кришкою, проте вода, налита в нехитре пристосування, нагрівалася сонцем до 88°С. В 1774 році великий французький вчений А. Лавуазье вперше застосував лінзи для концентрації теплової енергії сонця. Незабаром в Англії відшліфували велике двоопукле скло, що розплавляло чавун за три секунди і граніт - за хвилину.

Перші сонячні батареї, здатні перетворювати сонячну енергію в механічну, були побудовані знову-таки у Франції. В кінці XIX століття на Всесвітній виставці в Парижі винахідник О.Мушо демонстрував інсолятор - апарат, який за допомогою дзеркала фокусував проміння на паровому казані. Казан приводив в дію друкарську машину, що друкувала по 500 відтиснень газети в годину. Через декілька років в США побудували подібний апарат потужністю в 15 кінських сил (Додаток А).

Вперше натяк на зв'язок електрики і світла прозвучав в працях великого шотландця Джеймса Клерка Максвела. Експериментально цей зв'язок був доведений в дослідах Генріха Герца, який в 1886-1889 роках показав, що електромагнітні хвилі поводяться точно так, як і світлові, - так само прямолінійно розповсюджуються, утворюючи тіні. Йому вдалося навіть зробити гігантську призму з двох тонн асфальту, яка заломлювала електромагнітні хвилі, як скляна призма - світлові. Але ще десятьма роками раніше Герц несподівано для себе помітив, що розряд між двома електродами, відбувається набагато легше, якщо ці електроди освітити ультрафіолетовим світлом.

Ці досліди зацікавили професора фізики Московського університету Олександра Григоровича Столетова. В лютому 1888 року він приступив до серії дослідів, направлених на вивчення таємного явища. Вирішальний досвід, що доводить наявність фотоефекту - виникнення електричного струму під впливом світла, - був проведений 26 лютого. В експериментальній установці Столетова потік електричний струм, народжений світловим промінням. Фактично запрацював перший фотоелемент, який згодом знайшов численні вживання в самих різних областях техніки.

На початку XX століття Альберт Ейнштейн створив теорію фотоефекту, і в руках дослідників з'явилися, здавалося б, всі інструменти для оволодіння цим джерелом енергії. Були створені фотоелементи на основі селену, потім - талієві. Але вони володіли дуже малим коефіцієнтом корисної дії і знайшли вживання тільки в пристроях управління, подібних звичним турнікетам в метро, в яких промінь світла перегороджує дорогу безбілетникам.

Наступний крок був зроблений, коли вченими були детально вивчені відкриті ще в 70-х роках минулого століття фотоелектричні властивості напівпровідників. Виявилося, що напівпровідники набагато ефективніше за метали перетворять сонячне світло в електричну енергію.

Академік Абрам Федорович Іоффе мріяв про вживання напівпровідників в сонячній енергетиці ще в 30-го роки, коли співробітники керованого ним Фізико-технічного інституту АН СРСР в Ленінграді Б.Т.Коломієць і Ю.П.Маслаковець створили мідно-талієві фотоелементи з рекордним по тому часу коефіцієнтом корисної дії - 1%! Наступним кроком на цьому напрямі пошуку було створення кремнієвих фотоелементів. Вже перші зразки їх мали коефіцієнт корисної дії 6%. Використовуючи такі елементи, можна було подумати і про практичне отримання електричної енергії з сонячного проміння.

Розділ 2. Явище фотоефекту і фотоелементи