Мобильные фотоэлектрические системы

Наступает конец эры дешевой энергии на основе традиционного топлива. Каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в природных условиях за 2 миллиона лет. Существуют только два долговременных источника энергии — это ядерная и солнечная. В последние 10 лет в мире накоплен огромный положительный опыт по организации автономного энергосбережения индивидуальных и коллективных потребителей электроэнергии. Это возможно путем преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных фотоэлектрических панелей.

Солнечная батарея (фотоэлектрический генератор, преобразующий энергию солнечного излучения в электрическую энергию) впервые была применена 1958 г. на «Спутнике-3». С тех пор на всех космических аппаратах, кроме транспортных космических кораблей с малым ресурсом самостоятельного полета, первичными источниками электроэнергии являются солнечные батареи. Применение солнечных батарей в космосе стимулировало развитие фотоэлектрической энергетики, а в последние десятилетия все более широко фотоэнергетика стала использоваться в наземных условиях.

Использование солнечных батарей малой мощности в качестве источника электропитания малоэнергоемких приборов: калькуляторов, часов и т. д. — наиболее распространенное направление фотоэнергетики. Другое направление — использование солнечных батарей значительной мощности (сотни и тысячи Вт) для электроснабжения автономных объектов,

расположенных вдали от линий электропередач, где другие способы электроснабжения невозможны или экономически нецелесообразны. Таким образом, можно решить проблему электроснабжения не только жилых объектов (освещение, электропитание холодильника, радио, телевизора и других электроприборов), но и некоторых малоэнергоемких объектов промышленного и народнохозяйственного назначения (радиоретрансляторы и другие объекты связи, навигационные знаки, резервные источники бесперебойного электропитания, сигнализация, водоподъемные установки и т.п.).

Как правило, в таких системах солнечные батареи используются совместно с буферными аккумуляторами, что обеспечивает стабильное энергоснабжение потребителей в любое время суток и вне зависимости от суточного и погодного изменения интенсивности солнечного излучения. Фотоэлектрическая система, помимо солнечных батарей, аккумуляторов и энергопотребителей, обычно содержит прибор электронного контроля, исключающий перезаряд аккумулятора и его глубокий заряд. В фотоэлектрических системах обычно применяются экономичные потребители. Например, люминесцентные лампы вместо ламп накаливания.

В случаях, когда необходимо получить переменный ток, используют инверторы. Например, инвертор может преобразовать постоянный ток с напряжением в 12 В в переменный ток с напряжением 220 В, 50 Гц.

Существует еще одно схемное решение, когда энергия солнечных батарей преобразуется в переменный ток с напряжением 220 В и отдается в электросеть. В отличие от электроснабжения автономных потребителей такие проекты позволяют частично восполнить дневной дефицит электроэнергии в промышленных регионах.

В ряде случаев применяется комбинированное использование различных методов получения энергии: сочетание фотоэнергетики и ветроэнергетики, сочетание фотоэлектрических систем с гелиоустановками (например, с солнечными коллекторами), а также включение в систему резервных маломощных дизель-генераторов.

Выбор конфигурации системы и ее характеристик производится с учетом временного графика предполагаемой нагрузки потребителей (суточным, месячным, годовым) и погодно-климатическими условиями региона. На основании этих данных проводится расчет емкости аккумуляторных батарей и определяются требования к комплектующему аккумуляторному оборудованию.

Создание мобильных солнечных переносных батарей с установленной мощностью от нескольких Вт до нескольких сотен Вт и стационарных с установленной мощностью до нескольких кВт, по сути, определило создание мобильных солнечных станций. Все переносные приборы, устройства и установки, питание которых осуществляются от аккумуляторов различного типа и различной емкости, приобретают новые потребительские качества — вместо использования стационарных зарядных устройств или комплектов сменных аккумуляторов появляется возможность использования мобильных зарядных устройств в так называемых полевых условиях.

Сегодня затруднительно даже обозначить все сферы использования мобильных фотоэлектрических систем — они могут использоваться как зарядное устройство для портативных переносных компьютеров, переносной радио- и телевизионной аппаратуры, приборов геологической, химической и радиационной разведки, переносных системах освещения и даже подзарядки аккумуляторов транспортных средств.

Мобильные солнечные батареи использовались альпинистами для зарядки аккумуляторов средств связи при восхождении на Эверест. Несколько лет назад Д. Шпаро использовал раскладные портативные солнечные батареи для зарядки аккумуляторов средств связи и видеокамеры во время своего лыжного похода на Северный полюс.

Экипаж океанской яхты «Апостол Андрей» во время кругосветного путешествия использовал раскладные солнечные батареи в качестве резервного источника питания. Во время этого путешествия экипажу пришлось воспользоваться этим резервным источником после сильного шторма. Основное оборудование оказалось залитым водой, и экипаж смог выйти на связь только с помощью аварийной радиостанции, запитанной от солнечной батареи.

Мобильные фотоэлектрические системы испытывались военными на равнинных и горных территориях России и Казахстана для зарядки аккумуляторов штатных радиостанций различного типа. По их заключению, использование мобильных солнечных зарядных устройств повышает тактико-технические данные мобильных средств связи, находящихся на вооружении.

 


Основные этапы развития российских технологий в области фотоэлектричества
1958 - Был запущен первый спутник с солнечными батареями.
1964 - В пустыне Кара-Кум недалеко от Ашхабада в Туркмении была опробована солнечная батарея с концентраторами мощностью 0,25 кВт для подъема воды.
1967 - Был разработан новый класс фотопреобразователей — многопереходные и солнечные высоковольтные элементы из кремния.
1970 - Технология ионной имплантации стала применяться в производстве солнечных элементов.
1970 - Была разработана технология фотопреобразователей с двусторонней чувствительностью.
1975 - Прошли испытания солнечные батареи площадью 1 м2 напряжением 32 кВ для ионно-плазменного двигателя.
1975 - Разработана технология солнечных элементов на основе GaAIAs-GaAs. В 1981 г. эти элементы были использованы в лунной космической программе.
1980 - Была разработана технология солнечных многопереходных элементов на основе GaAIAs-GaAs.
1984 - В Ашхабаде была установлена фотоэлектрическая система мощностью 10 кВт с пластиковыми параболическими концентраторами.
1985 - Для преобразования лазерного излучения солнечными элементами был достигнут КПД в 36%.
1989 - В Краснодарском крае была построена «солнечная» деревня мощностью 40 кВт.
1989 - Была разработана специальная технология производства солнечных элементов наземного применения.
1993 - Был достигнут КПД в 30% для солнечных каскадных элементов на основе GaAIAs-GaAs гетероструктуры на германиевой подложке. Были разработаны новые классы голографических, призматических, параболических концентраторов и оптических систем на их основе.
1999 - Разработана низкотемпературная бесхлорная технология получения солнечного кремния.

«Строительный сезон»