Convertisseurs photoélectriques. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Les installations de ce type sont basées sur le principe de l'élimination des électrons des matériaux semi-conducteurs à l'aide de quanta de lumière. L'énergie rayonnante est convertie en énergie électrique. Dans l’énergie solaire moderne, les convertisseurs semi-conducteurs en silicium cristallin chimiquement pur sont largement utilisés. Le silicium est un élément répandu dans la croûte terrestre ; sable, le quartz est du dioxyde de silicium SiO2. La production de silicium pur à la fin du XXe siècle a permis de lancer la production de nombreux dispositifs semi-conducteurs, notamment des processeurs pour ordinateurs modernes. Aux États-Unis, la production de haute technologie et à forte intensité de connaissances est concentrée dans la « Silicon Valley » (silicon Valley), dans l’État de Californie.

La création de sources d'énergie solaire fait partie des programmes de grands groupes mondiaux tels que Siemens, Sony, Hitachi. Les leaders dans le domaine de l'énergie solaire utilisant des convertisseurs au silicium sont les États-Unis, l'Allemagne, le Danemark, le Japon et la Suisse. Le coût des convertisseurs photovoltaïques au silicium a été divisé par 40 au cours des 40 dernières années : 1 kW de puissance installée dans les centrales solaires photovoltaïques coûte environ 2500 XNUMX dollars.

Une cellule solaire est constituée de deux tranches de silicium reliées entre elles. La lumière tombant sur la plaque supérieure en chasse les électrons et les envoie vers la plaque inférieure. Cela crée la force électromotrice de l'élément. Les éléments connectés en série sont une source de courant continu. Plusieurs convertisseurs photovoltaïques combinés constituent une cellule solaire. L'efficacité de conversion de l'énergie rayonnante en énergie électrique dans les installations modernes atteint 13,17 % ; dans des conditions de laboratoire, un rendement de 40 % a été atteint sur certains semi-conducteurs.

La puissance des SPP avec convertisseurs photoélectriques est déterminée par la relation

O, (3.3)

où - efficacité des convertisseurs photoélectriques (varie dans les éléments modernes en silicium dans les limites de 0,12.0,17), - leur superficie totale, m2.

L’utilisation des centrales solaires photovoltaïques a commencé avec la technologie spatiale, où le coût jouait un rôle secondaire. Les « ailes » des photocellules de la station Mir avaient une superficie de plusieurs centaines de mètres carrés. Le Lunokhod, alimenté par des panneaux solaires, a fonctionné sur la Lune pendant plus d'un an. A la station américaine Skylab, une batterie d'une superficie totale de 130 m assurait une alimentation électrique de 10,5 kW.

De nos jours, des modules de conversion photovoltaïque sont produits dans de nombreux pays pour répondre à des besoins énergétiques à grande échelle. La puissance des installations solaires de ce type aux États-Unis a atteint 10 MW, la puissance maximale étant atteinte lorsque le Soleil est à son zénith - proche du moment où le cycle diurne de consommation d'énergie dans les États subtropicaux ensoleillés du sud de L'Amérique culmine en raison du fonctionnement des climatiseurs.

Un avantage important des centrales solaires photovoltaïques réside dans leurs coûts d'exploitation très faibles : les modules, protégés de la poussière et des précipitations par du verre ou un film, fonctionnent pendant des décennies sans entretien. Par temps nuageux, la puissance des SES de ce type est légèrement réduite, bien que moindre que pour les installations thermoélectriques. Il faut s'attendre à ce que dans les régions ensoleillées du sud de la Fédération de Russie, avec une production de masse et une réduction du coût des modules en silicium, de telles installations soient compétitives par rapport aux installations traditionnelles fonctionnant avec des combustibles fossiles de plus en plus chers.

Des projets de centrales solaires photovoltaïques par satellite sont en cours de développement. Il est prévu de les lancer et de les installer sur des orbites géostationnaires à l'équateur, à une altitude de 35800 2 km, afin qu'ils « survolent » constamment au même endroit. Des cellules solaires d'une superficie de plusieurs dizaines de km1 sont placées sur un mince film synthétique orienté perpendiculairement aux rayons du soleil. Le courant électrique des cellules solaires est converti dans des générateurs spéciaux en rayonnement micro-ondes, qui est dirigé vers la Terre par une antenne embarquée. L'antenne émettrice a un diamètre d'environ 7 km et l'antenne réceptrice du rayonnement micro-ondes sur Terre a un diamètre d'environ XNUMX km. La station de réception convertit le rayonnement micro-ondes en un courant de fréquence et de tension industrielles. La mise en œuvre de ce projet, unique par son concept et son ampleur, nécessitera d'énormes fonds et de nombreux développements scientifiques et techniques.

En Russie, le principal développeur scientifique de convertisseurs photoélectriques est l'Institut physico-technique du nom. A.F. Ioffe à Saint-Pétersbourg. Le directeur de cet institut, l'académicien Zh.I. Alferov, lauréat du prix Nobel, est un ardent défenseur de l'énergie solaire. L'usine de dispositifs métallo-céramique de Riazan a lancé la production de modules de contrôle de puissance de différentes tailles standard et de différentes caractéristiques techniques. Les photomultiplicateurs solaires sont produits par NPO Kvant (Moscou) et CJSC Telecom-STV à Zelenograd, dans la région de Moscou. La production du « silicium solaire », matériau de base des convertisseurs photoélectriques, est en cours de maîtrise. 1 kg de silicium dans une centrale électrique produit en un an la quantité d'électricité qui nécessiterait 2,5 tonnes de pétrole pour être produite dans des centrales thermiques conventionnelles, et la durée de vie d'un convertisseur au silicium est de 30 ans ou plus.

Auteur : Labeish V.G.

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