Conversores fotoelétricos. Esquema, descrição

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Instalações deste tipo são baseadas no princípio de nocautear elétrons de materiais semicondutores por quanta de luz. A energia radiante é convertida em energia elétrica. Na energia solar moderna, os conversores de semicondutores feitos de silício cristalino quimicamente puro são amplamente utilizados. O silício é um elemento comum na crosta terrestre; areia, quartzo é dióxido de silício SiO2. A produção de silício puro no final do século XX possibilitou o lançamento da produção de vários dispositivos semicondutores, em particular processadores para computadores modernos. As indústrias intensivas em ciência de alta tecnologia nos Estados Unidos estão concentradas no vale do "silício" (silício) no estado da Califórnia.

A criação de fontes de energia solar está incluída nos programas de grandes empresas mundiais como Siemens, Sony, Hitachi. Os líderes no campo da energia solar em conversores de silício são os EUA, Alemanha, Dinamarca, Japão, Suíça. O custo dos conversores fotovoltaicos de silício nos últimos 40 anos diminuiu 40 vezes, 1 kW de capacidade instalada em usinas de energia solar fotovoltaica custa cerca de US$ 2500.

Uma célula solar consiste em dois wafers de silício interconectados. A luz que incide na placa superior expulsa os elétrons dela, enviando-os para a placa inferior. É assim que o EMF do elemento é criado. Elementos conectados em série são uma fonte de corrente contínua. Vários conversores fotovoltaicos combinados representam uma bateria solar. A eficiência de conversão de energia radiante em energia elétrica em instalações modernas chega a 13,17%; em condições de laboratório, uma eficiência de 40% foi alcançada em alguns semicondutores.

A potência do SPP com conversores fotoelétricos é determinada pela relação

W, (3.3)

onde - eficiência de conversores fotoelétricos (mudanças em células de silício modernas dentro de 0,12.0,17), - sua área total, m2.

O uso de usinas solares fotovoltaicas começou com a tecnologia espacial, onde o custo desempenhou um papel secundário. As "asas" das fotocélulas da estação Mir tinham uma área de centenas de metros quadrados. O Lunokhod, alimentado por baterias solares, trabalhou na Lua por mais de um ano. Na estação americana Skylab, uma bateria com área total de 130 m fornecia uma fonte de alimentação com potência de 10,5 kW.

Atualmente, os módulos conversores fotovoltaicos são produzidos em vários países para as necessidades de energia em grande escala. Instalações solares únicas desse tipo nos EUA atingiram 10 MW, com pico de energia quando o sol está no zênite, próximo ao horário em que o consumo diário de energia nos ensolarados estados subtropicais do sul da América atinge o pico devido à operação de condicionadores de ar.

Uma vantagem importante das usinas solares fotovoltaicas são os custos operacionais muito baixos - os módulos protegidos contra poeira e precipitação por vidro ou filme operam por décadas sem manutenção. Em tempo nublado, a potência deste tipo de usina solar é um pouco reduzida, embora menor do que nas instalações termoelétricas. Deve-se esperar que nas regiões solares do sul da Federação Russa, com produção em massa e redução no custo dos módulos de silício, tais instalações sejam competitivas em comparação com as tradicionais que operam com combustíveis fósseis crescentes.

Projetos de usinas solares fotovoltaicas via satélite estão sendo desenvolvidos. É suposto lançá-los e montá-los em órbitas geoestacionárias no equador, a uma altitude de 35800 km, para que fiquem constantemente "pendurados" no mesmo local. Células solares com uma superfície de dezenas de km2 são colocadas sobre uma fina película sintética orientada perpendicularmente aos raios solares. A corrente elétrica das células solares é convertida em geradores especiais em radiação de micro-ondas, que é direcionada para a Terra por uma antena a bordo. A antena transmissora tem um diâmetro de cerca de 1 km, enquanto a antena receptora para radiação de micro-ondas na Terra tem cerca de 7 km. A estação receptora converte a radiação de micro-ondas em corrente e tensão de frequência industrial. A implementação deste projeto, único em conceito e escala, exigirá enormes recursos e grande quantidade de desenvolvimentos científicos e técnicos.

Na Rússia, o principal desenvolvedor científico de conversores fotoelétricos é o Instituto Físico-Técnico. A.F. Ioffe em São Petersburgo. O diretor deste instituto, o acadêmico ganhador do Prêmio Nobel Zh.I. Alferov, é um fervoroso defensor da energia solar. Na fábrica de dispositivos de metal-cerâmica Ryazan, foi lançada a produção de módulos SPP de vários tamanhos padrão e várias características técnicas. Os fotomultiplicadores solares são fabricados pela NPO Kvant (Moscou), CJSC Telecom-STV em Zelenograd, região de Moscou. A produção de "silício solar" - o material básico para conversores fotoelétricos - está sendo dominada. 1 kg de silício em SPP por ano gera tanta eletricidade que as usinas termelétricas convencionais requerem 2,5 toneladas de petróleo para produzir, e a vida útil de um conversor de silício é de 30 anos ou mais.

Autor: Labeish V.G.

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