Техника - молодёжи 1988-11, страница 12
фжии^. фо UUUMJ Рис. 2. Основные типы концентраторов солнечной энергии. Примечательно, что при нагреве такие фотодиоды не ухудшают свои фотоэлектрические свойства. Они устойчиво работают даже при 1000-кратном уплотнении потока солнечной энергии. Оказывается, можно создать фо-топреобразующие устройства, которые будут утилизировать практически весь падающий на них свет. Они обладают так называемой вариэонной структурой, то есть запрещенная зона у них переменной ширины (рис. 1). Этого добиваются, вводя в разные зоны полупроводника различные примеси. В таком случае фото-ЭДС генерируется не на одной поверхности п-р-перехода, а в целой пространственной области, для разных точек которой — разные запрещенные зоны. В ней для любого кванта найдется укромное местеч- Фрагмент гелиостанции в Ереване. ко, где его без помех поглотит электрон. Теория варизонных структур в нашей стране разрабатывается членом-корреспондентом АН СССР Н. Лидоренко, доктором физико-математических наук В. Евдокимовым, доктором технических наук Д. Стребковым, кандидатом физико-математических наук А. Миловано-вым и др. Доказано, что фотопреобразователи с варизонной структурой (коль скоро научатся их изготавливать) будут иметь КПД 90%. Идет поиск и новых — дешевых материалов для фотоэлементов. Весьма перспективны, по мнению некоторых исследователей, полупроводниковые соединения меди, кадмия, серы. Преобразователи, полученные на их основе, недороги, да вот беда — КПД у них порядка 5%, и материалы нестабильны, разрушаются под воздействием окружающей среды. Сложная, дорогостоящая герметизация сводит на нет полученную экономию. Можно уменьшить себестоимость гелиоэлектроэнергии другим способом. Скажем, заставить Солнце-ярче освещать фотопреобразователи. Для этого используют устройства, именуемые концентраторами. Они собирают солнечные лучи с большой площади и направляют их на относительно небольшие по размеру собственно фотопреобразую-щие панели. Вот лишь некоторые наиболее распространенные типы солнечных концентраторов (рис. 2). Параболический концентратор. Уже само название говорит о том, что его чаша представляет собой параболоид. Если направить эту чашу на Солнце, то практически все лучи, отразившиеся от ее внутренней зеркальной поверхности, соберутся в небольшой области возле фокуса параболоида. Коэффициент концентрации (отношение площади, с ко торой собирались лучи, к той площади, на которой они сконцентрировались) у такого устройства велик. Это, конечно, хорошо. Но в то же время приводит к чрезмерному перегреву фотоэлемента. Приходится предусматривать систему охлаждения. Да и система автоматического слежения за Солнцем тоже нужна. Чуть-чуть отклонится Солнце от оси симметрии параболоида — сразу же происходит существенная потеря фотоэлектрической мощности. Принцип работы фоконов и фок-линов такой же, что у параболических концентраторов. Только огибающие их чаш не параболы, а гиперболы вращения. Эта замена имеет определенный смысл. Гиперболоид собираег лучи в фокальной области даже в том случае, если их наклон к оси симметрии чаши составляет 6е I Не нужно непрерывно поворачивать концентратор вслед за Солнцем. Вполне достаточно изредка (можно и вручную) изменить угол его наклона. 6° да 6е — это 12р, а такой путь по небу Солнце совершает примерно за час. Как ни парадоксально, недостаток фоконов и фоклинов тесно связан с их достоинством — низкий коэффициент концентрации излучения позволяет отказаться от дорогостоящей системы охлаждения фотоэлементов. К другому типу концентраторов — преломляющему — относится линза Френеля. Она состоит из целого набора призм, составленных вершинами вместе, так что поверхность линзы, обращенная к Солнцу, напоминает растянутую гармошку. Солнечные лучи преломляются в призмах, причем всегда находится расположенная к Солнцу под таким углом, что преломившиеся в ней лучи собираются на фотоэлементе, установленном за вершиной линзы. Вот почему линзу Френеля не нужно поворачивать в вертикальной плос- |
