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Installazioni di questo tipo si basano sul principio di eliminare gli elettroni dai materiali semiconduttori mediante quanti di luce. L'energia radiante viene convertita in energia elettrica. Nella moderna energia solare, sono ampiamente utilizzati convertitori a semiconduttore realizzati in silicio cristallino chimicamente puro. Il silicio è un elemento molto diffuso nella crosta terrestre; sabbia, il quarzo è biossido di silicio SiO2. La produzione di silicio puro alla fine del XX secolo ha permesso di avviare la produzione di numerosi dispositivi a semiconduttore, in particolare processori per computer moderni. Le industrie high-tech ad alta intensità scientifica negli Stati Uniti sono concentrate nella "silicon" (silicon) valley nello stato della California.

La creazione di fonti di energia solare è inclusa nei programmi di grandi aziende mondiali come Siemens, Sony, Hitachi. I leader nel campo dell'energia solare sui convertitori di silicio sono Stati Uniti, Germania, Danimarca, Giappone, Svizzera. Il costo dei convertitori fotovoltaici in silicio negli ultimi 40 anni è diminuito di 40 volte, 1 kW di capacità installata negli impianti solari fotovoltaici costa circa $ 2500.

Una cella solare è costituita da due wafer di silicio interconnessi. La luce che cade sulla piastra superiore ne espelle gli elettroni, inviandoli alla piastra inferiore. È così che viene creato l'EMF dell'elemento. Gli elementi collegati in serie sono una fonte di corrente continua. Diversi convertitori fotovoltaici combinati rappresentano una batteria solare. L'efficienza di conversione dell'energia radiante in energia elettrica nelle installazioni moderne raggiunge il 13,17%; in condizioni di laboratorio, su alcuni semiconduttori è stata raggiunta un'efficienza del 40%.

La potenza di SPP con convertitori fotoelettrici è determinata dalla relazione

W, (3.3)

dove - efficienza dei convertitori fotoelettrici (variazioni nelle moderne celle di silicio entro 0,12.0,17), - la loro superficie totale, m2.

L'uso di impianti solari fotovoltaici è iniziato con la tecnologia spaziale, dove il costo giocava un ruolo secondario. Le "ali" delle fotocellule della stazione Mir avevano una superficie di centinaia di metri quadrati. Il Lunokhod, alimentato da batterie solari, ha lavorato sulla Luna per più di un anno. Alla stazione americana Skylab, una batteria con una superficie totale di 130 m ha fornito alimentazione con una potenza di 10,5 kW.

Al giorno d'oggi, i moduli del convertitore fotovoltaico sono prodotti in un certo numero di paesi per le esigenze di energia su larga scala. Le singole installazioni solari di questo tipo negli Stati Uniti hanno raggiunto i 10 MW, con un picco di potenza quando il sole è allo zenit, vicino al momento in cui il consumo energetico giornaliero negli assolati stati subtropicali meridionali d'America raggiunge il picco dovuto al funzionamento dei condizionatori d'aria.

Un importante vantaggio degli impianti solari fotovoltaici sono i costi operativi molto bassi: i moduli protetti da polvere e precipitazioni da vetro o pellicola funzionano per decenni senza manutenzione. Con tempo nuvoloso, la potenza di questo tipo di impianto solare è leggermente ridotta, anche se inferiore a quella degli impianti termoelettrici. Ci si dovrebbe aspettare che nelle regioni solari meridionali della Federazione Russa, con la produzione di massa e una diminuzione del costo dei moduli in silicio, tali installazioni saranno competitive rispetto a quelle tradizionali che operano con combustibili fossili in crescita.

Sono in fase di sviluppo progetti di impianti solari fotovoltaici satellitari. Dovrebbe lanciarli e montarli in orbite geostazionarie all'equatore, a un'altitudine di 35800 km, in modo che rimangano costantemente "sospesi" nello stesso punto. Celle solari con una superficie di decine di km2 sono poste su un sottile film sintetico orientato perpendicolarmente ai raggi del sole. La corrente elettrica delle celle solari viene convertita in speciali generatori in radiazioni a microonde, che vengono dirette verso la Terra da un'antenna a bordo. L'antenna trasmittente ha un diametro di circa 1 km, mentre l'antenna ricevente per la radiazione a microonde sulla Terra è di circa 7 km. La stazione ricevente converte la radiazione a microonde in corrente e tensione a frequenza industriale. L'attuazione di questo progetto, unico per concezione e scala, richiederà enormi fondi e una grande quantità di sviluppi scientifici e tecnici.

In Russia, il principale sviluppatore scientifico di convertitori fotoelettrici è l'Istituto fisico-tecnico. AF Ioffe a San Pietroburgo. Il direttore di questo istituto, l'accademico premio Nobel Zh.I. Alferov, è un ardente sostenitore dell'energia solare. Nello stabilimento di Ryazan di dispositivi in metallo-ceramica è stata avviata la produzione di moduli SPP di varie dimensioni standard e varie caratteristiche tecniche. I fotomoltiplicatori solari sono prodotti da NPO Kvant (Mosca), CJSC Telecom-STV a Zelenograd, nella regione di Mosca. La produzione di "silicio solare" - il materiale di base per i convertitori fotoelettrici - viene padroneggiata. 1 kg di silicio a SPP all'anno genera una tale quantità di elettricità che le centrali termiche convenzionali richiedono 2,5 tonnellate di petrolio per la produzione e la vita utile di un convertitore di silicio è di 30 anni o più.

Autore: Labeish V.G.

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