Введение к работе
Актуальность работы
Альтернативные и возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнечного света, гидро- и геотермальная энергия, во всем мире привлекают все больше внимания. Растущий интерес к ним вызван экологическими соображениями, с одной стороны, и ограниченностью традиционных земных ресурсов— с другой. Особое место среди альтернативных и возобновляемых источников энергии занимают фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии. В настоящее время в общественном сознании крепнет убежденность в том, что энергетика будущего должна базироваться на крупномасштабном использовании солнечной энергии, причем в самых разных ее проявлениях. Солнце— это огромный, неиссякаемый, абсолютно безопасный источник энергии, в равной степени всем принадлежащий и всем доступный.
Для регионов с низкой интенсивностью солнечного излучения актуальной задачей является увеличение эффективности работы солнечных батарей. Это достигается за счет нанесения просветляющих покрытий на защитные стекла или непосредственно на фронтальную поверхность солнечных элементов.
Инженеры и производители солнечных элементов уже определили, что максимальная эффективность солнечных элементов достигается при таком положении, когда солнечные лучи перпендикулярны их поверхности. Остается открытым вопрос, какова эффективность солнечных элементов при отличных от нормального углах падения, и какова зависимость между углом падения и вырабатываемой при этом энергией. Предложенные в литературе критерии оценки эффективности основаны либо на практических испытаниях элементов в различных условиях (оценивается значение тока короткого замыкания), либо на теоретических соотношениях, учитывающих потери на отражение в солнечном элементе или изменение потока солнечного излучения с изменением географической широты. Таким образом, актуальной является задача создания такого критерия, который бы объединял в себе все или большинство указанных факторов.
В последние годы наблюдается интерес . к некогда широко распространенному методу нанесения покрытий— золь-гель технологии. Эксплуатационные характеристики получаемых с его помощью покрытий превосходят те, что обеспечивают вакуумные методы. Такие покрытия удовлетворяют требованиям, предъявляемым к защитным стеклам солнечных элементов, испытывающим агрессивное воздействие окружающей среды.
Использование золь-гель метода открывает широкие возможности для создания просветляющих покрытий. Несмотря на то, что этому методу уже исполнилось более полувека, потенциал его до конца не раскрыт и разработка покрытий на его основе по-прежнему является актуальной задачей.
Целью данной работы является создание просветляющего покрытия, обеспечивающего максимальную эффективность использования солнечного излучения в различных условиях эксплуатации.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Анализ существующих просветляющих покрытий для защитных стекол солнечных элементов и оценка их эффективности.
-
Способы создания просветляющих покрытий на основе золь-гель технологии и выбор наиболее подходящего для достижения поставленной цели.
-
Выбор конструкции просветляющего покрытия.
-
Разработка критерия оценки эффективности просветляющего покрытия.
-
Расчет параметров покрытия для использования в различных географических и климатических условиях.
-
Изготовление экспериментальных образцов покрытий и измерение их свойств.
Методы исследования
Для теоретического анализа использовались основные соотношения солнечной энергетики, элементы теории тонких пленок и полученная на их основе методика оценки эффективности просветляющих покрытий.
В практической части для измерения оптических параметров полученных покрытий использовались эллипсометрический и фотометрический методы. При проведении эллипсометрических измерений применялись две модели пленки.
Основные результаты, выносимые на защиту:
-
Методика оценки эффективности просветляющего покрытия для защитных стекол солнечных элементов.
-
Критерий выбора конструкции просветляющего покрытия.
-
Результаты расчета оптимальных параметров покрытий для различных условий эксплуатации солнечного элемента.
-
Способ создания просветляющего покрытия с низким показателем преломления.
-
Сравнение эффективности экспериментально полученных образцов и расчетных данных.
Практическая ценность работы
-
Выбрана оптимальная конструкция просветляющего покрытия для защитных стекол солнечных элементов.
-
Для нескольких частных случаев рассчитаны оптические параметры (показатель преломления и оптическая толщина слоя) покрытий и углы наклона солнечных элементов с целью увеличения их коэффициента полезного действия.
3. Изготовлены образцы просветляющих покрытий с использованием золь-
гель метода из различных пленкообразующих растворов, измерены их
оптические и механические свойства.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
- IV Межвузовская конференция молодых ученых, Санкт-Петербург,
2007 г.
-XXXVI научная и учебно-методическая конференция профессорско-преподавательского и научного состава, Санкт-Петербург, 2007 г.
V международная конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2007», Санкт-Петербург, 2007 г.
V Межвузовская конференция молодых ученых, Санкт-Петербург,
2008 г.
- VIII международная конференция «Прикладная оптика - 2008», Санкт-
Петербург, 2008 г.
-XXXVIII научная и учебно-методическая конференция профессорско-преподавательского и научного состава, Санкт-Петербург, 2009 г.
-VI Межвузовская конференция молодых ученых, Санкт-Петербург,
2009 г.
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 статьях и тезисах докладов, в том числе 1 научная статья в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК для кандидатских диссертаций (редакция апрель 2008 года).
Структура и объем работы
