§ 33. Солнечные батареи

В средних широтах на 1 м² земной поверхности солнце излучает (в среднем) мощность зимой 80 вт и летом 300 вт, а при прямом солнечном освещении до 1000 вт.
В солнечной тепловой электростанции имеется параболическое зеркало или система зеркал, с помощью которой тепловая энергия солнечных лучей концентрируется в фокусе зеркал, где устанавливается бак с водой. Под действием тепла солнечных лучей вода в баке нагревается, превращается в пар, которым приводится в действие паровая машина или турбина, вращающая ротор электрического генератора. Такие электростанции не являются непосредственными преобразователями энергии и их использование связано со значительным расходом энергии и требует применения очень громоздких и дорогостоящих вспомогательных устройств.
Одним из методов преобразования энергии солнечных лучей в электрическую является термоэлектрический, при котором электрическая энергия вырабатывается термоэлектрическим генератором. Однако этот метод не может быть использован для получения больших мощностей, так как термобатареи генератора имеют большое внутреннее сопротивление.
Более просто преобразуется энергия солнечных лучей в электрическую с помощью устройств, работа которых основана на использовании фотоэлектрического эффекта. Из-за простоты конструкции и малого веса эти устройства находят широкое использование в качестве источников электрической энергии малой мощности.
Солнечные батареи или фотоэлектрические преобразователи представляют собой ряд фотоэлементов, соединенных между собой. Последовательное соединение фотоэлементов дает возможность повысить напряжение, параллельное соединение увеличивает силу тока в цепи нагрузки. В солнечных батареях фотоэлементы соединяются последовательно в одну ветвь, а отдельные ветви между собой соединяются параллельно. В настоящее время для фотоэлектрических преобразователей применяют кремниевые фотоэлементы.
Солнечные батареи служат в качестве источника электрической энергии для радиоприемников с полупроводниковыми приборами, а также (наряду с химическими источниками электрической энергии) для питания радиотехнической и телеметрической аппаратуры в спутниках земли и в автоматических межпланетных станциях.
Расположенная на поверхности корпуса спутника или автоматической межпланетной станции солнечная батарея снабжает электрической энергией коротковолновый радиопередатчик и заряжает аккумуляторную батарею, от которой в ночное время получает электропитание аппаратура.
Промышленностью освоено производство солнечных батарей двух типов: прямоугольной, развивающей в летний ясный день 5 в при токе 20 ма, и шестиугольной, обеспечивающей в тех же условиях 7 в при токе 40 ма.
Солнечные батареи просты, имеют неограниченный срок службы и работают в большом диапазоне изменения температуры. Это делает весьма перспективным применение солнечных батарей для питания радиоаппаратуры шаров-зондов, ракет и т. д. Недостатком солнечных батарей является высокая стоимость изготовления химически чистого кремния.

Более подробно фотоэлементы описаны в главе XIV.

Контрольные вопросы

1. Что называется электродвижущей силой и в каких единицах она измеряется?
2. От чего зависит сопротивление металлического проводника?
3. Сформулируйте закон Ома для замкнутой электрической цепи и для ее участка.
4. Каково соотношение между электродвижущей силой и напряжением на зажимах источника энергии?
5. Чему равен ток в источнике энергии при коротком замыкании его зажимов?
6. Как формулируются первый и второй законы Кирхгофа?
7. Как определить сопротивление и проводимость двух последовательно включенных приемников?
8. Как определить напряжение на зажимах двух параллельно соединенных источников энергии с различными э. д. с., замкнутых на какой-либо приемник энергии?
9. Чему равна работа и мощность электрического тока и в каких единицах они измеряются?
10. Как формулируется закон Джоуля—Ленца?
11. Как формулируется первый и второй законы Фарадея?
12. Что называется электрохимическим эквивалентом?
13. Каково назначение гальванопластики и гальваностегии?
14. Какое явление называется поляризацией гальванических элементов и какие вещества являются деполяризаторами?
15. Что называется емкостью аккумулятора и от чего она зависит?
16. Каким образом могут составляться аккумуляторные батареи и чему равны э. д. с. и внутреннее сопротивление батареи, составленной из последовательно и параллельно соединенных аккумуляторов?