|
|
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИНа поверхность Земли в течение года поступает солнечная энергия (СЭ), эквивалентная энергии, заключенной в 1,2 • 1014 т у. т., что значительно превышает запасы органического топлива (6- 1012ту.т.). Ежедневно на Землю поступает около 4,2 • 1014 кВт-ч, а всем населением Земли в 2007 г. было израсходовано (за год) — 94 • 1012 • кВт-ч. Таким образом, поступающая к нам СЭ в принципе многократно превосходит энергетические потребности человечества. Однако использование СЭ связано с определенными трудностями, что ограничивает широкомасштабную реализацию технологий. К ним относятся: малая плотность солнечного потока, непостоянство и прерывистость поступления СЭ во времени; зависимость этого потока от географического расположения приемника излучения и др. Основное направление использования СЭ — преобразование ее в электрическую энергию и получение теплоты для отопления зданий, горячего водоснабжения, опреснения вод, сушки и других технологических целей. Преобразование СЭ в электрическую может быть осуществлено по следующим двум принципиальным схемам: · термодинамическим способом на обычных тепловых электростанциях (ТЭС); эта схема ориентирована на сооружение крупных гелиоэнергетических объектов и получение электроэнергии в больших масштабах; · -ф- на фото- или термодинамических элементах. Фотоэлектрическое (прямое) преобразование солнечной энергии в электрическую, основанное на особенностях электронной проводимости диэлектриков, в настоящее время является одним из приоритетных направлений ее использования. Глава ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
Остановимся подробнее на процессе образования электронов проводимости в полупроводниках, например в кремнии, являющимся типичным полупроводником.
Атом кремния имеет порядковый номер в периодической системе Менделеева Z = 14. Поэтому заряд ядра атома кремния равен +14е и в состав его атома входит 14 электронов. Однако из них только четыре являются слабо связанными. Именно эти слабо связанные электроны участвуют в химических реакциях и обусловливают четыре валентности кремния, отчего они и получили название валентных электронов. Остальные десять электронов вместе с ядром составляют остов атома, имеющий заряд +14е - 10е = +4е. Он окружен четырьмя валентными электронами, которые движутся вокруг остова и образуют облако отрицательного заряда (рис. 3.1). Расположение атомов в решетке кремния таково, что каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями (рис. 3.2). Связь двух соседних атомов обусловлена парой электронов, образующих так называемую парно-электронную или валентную связь.
Изображенная на рис. 3.2 картина, соответствует чистому кремнию (о влиянии примесей будет сказано ниже) и очень низкой температуре. Все валентные электроны в этом случае участвуют в образовании связей между атомами, являются структурными элементами и не участвуют в электропроводности. При повышении температуры кристалла (например, за счет нагревания солнечной энергией) тепловые колебания решетки приводят к разрыву некоторых валентных связей. В результате этого часть электронов, ранее участвовавших в образовании валентных связей, отщепляется и ста- новится электронами проводимости. При наличии электрического поля они перемещаются против поля и образуют электрический ток.
Однако, кроме процесса переноса заряда с помощью электронов проводимости, возможен еще и другой механизм электропроводности. Он обусловлен тем, что всякий разрыв валентной связи приводит к появлению вакантного места с отсутствующей связью. Такие «пустые» места с отсутствующими электронами связи получили название «дырок» (рис. 3.3). Возникновение дырок в кристалле полупроводника создает дополнительную возможность для переноса заряда. Действительно, при наличии дырки какой-либо из электронов связи может перейти на место дырки. В результате на этом месте будет восстановлена нормальная связь, но зато появится дырка в другом месте. В эту новую дырку в свою очередь сможет перейти какой-либо из других электронов связи и т. д. Такой процесс будет происходить многократно, в результате чего в образовании тока будут принимать участие не только электроны проводимости, но и электроны связи, которые будут постепенно перемещаться, так же как и электроны проводимости, против электрического поля. Сами же дырки будут дви- гаться противоположно, в направлении электрического поля, т. е. так, как двигались бы положительно заряженные частицы (рис. 3.4). Этот процесс получил название дырочной проводимости. Следовательно, в полупроводниках возможны два различных процесса электропроводности: электронный, осуществляемый движением электронов проводимости, и дырочный, обусловленный движением дырок. Глава Использование энергии солнца
На первый взгляд может показаться, что представление об электропроводности с помощью дырок является весьма искусственным и даже неоправданным, так как дырки, т. е. «пустые» места, естественно, не могут переносить электрический заряд, а в действительности, как мы видели, перенос заряда осуществляется перемещением электронов связи. Дело, однако, заключается в том, что движение электронов подчиняется законам не классической, а квантовой механики. А законы квантовой механики показывают, что если только концентрация дырок мала по сравнению с концентрацией электронов связи, то простые законы движения получаются лишь для дырок, но не для электронов связи. А именно, оказывается, что дырки в электрических и магнитных полях движутся так же, как двигались бы положительно заряженные частицы, обладающие зарядом +е и некоторой определенной массой (вообще не равной массе электрона). Поэтому и все электрические процессы при наличии дырок происходят так, как если бы наряду с отрицательными электронами проводимости имелись еще и положительно заряженные частицы — дырки. Наряду с переходами электронов из связанного состояния в свободное существуют обратные переходы, при которых электрон проводимости улавливается на одно из вакантных мест электронов связи. Этот процесс называют рекомбинацией электрона и дырки. В состоянии равновесия устанавливается такая концентрация электронов (и равная ей концентрация дырок), при которой число прямых и обратных переходов в единицу времени одинаково. Рассмотренный процесс проводимости в совершенно чистых полупроводниках, лишенных вовсе химических примесей и других дефектов решетки, получил название собственной проводимости. При наличии примесей электропроводность полупроводников сильно изменяется. Так кремний с добавкой фосфора в количестве всего около 0,001 атомного процента имеет удельное сопротивление при комнатной температуре около 0,6 Ом*см, т. е. почти в 100 000 раз меньше, чем сопротивление совершенно чистого кремния. Такое влияние примесей вполне объясняется изложенными выше представлениями о строении полупроводников. Вернемся опять к конкретному примеру кремния и предположим, что в нем имеются атомы химической примеси, замещающие некоторые атомы кремния. В качестве примеси рассмотрим сначала какой-либо элемент пятой группы, например мышьяк. Атом мышьяка как элемент пятой группы имеет пять валентных электронов. Но для осуществления парно-электронных связей в решетке кремния, как мы видели, необходимы всего четыре электрона. Поэтому пятый электрон атома мышьяка оказывается связанным особенно слабо и может быть легко отщеплен при тепловых колебаниях решетки. При этом возникает один электрон проводимости,;i атом мышьяка превращается в положительно заряженный ион. Образование же дырки не происходит. Подобный процесс схематически изображен на рис. 3.5,а.
А) б) Рис. 3.5. Атомы мышьяка (а) и бора (б) в решетке кремния Посмотрим теперь, как будет вести себя атом примеси какого-либо элемента, стоящего левее в периодической системе, нежели кремний; пусть это будет бор, стоящий в третьей группе. Атом бора имеет всего три валентных электрона, в то время как для нормальной валентной связи в решетке кремния необходимы четыре электрона. Недостающий четвертый электрон будет захвачен из соседних мест кристалла, в соответствующем месте образуется дырка, а атом бора превратится в отрицательный ион (рис. 3.5,6). Таким образом, и при наличии бора в кристалле кремния окажется возможным возникновение тока, но, в отличие от случая мышьяка, электрический ток здесь будет обусловлен движением дырок, а не электронов. Следовательно, электропроводность полупроводников может быть обусловлена также примесями (примесная проводимость). Примеси, вызывающие появление электронов проводимости (например, мышьяк в кремнии), получили название донорных примесей, а примеси, вызывающие появление дырок (например, бор | кремнии), названы акцепторными. Резюмируя сказанное, мы видим, что полупроводники обладают той особенностью, что электропроводность в них может быть обусловлена как подвижными электронами, так и дырками. Вели концентрация электронов в полупроводнике значительно Глава 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
В полупроводниках n -типа основными подвижными носителями заряда являются отрицательные электроны, а в полупроводниках р- типа— положительные дырки. В случае контакта двух полупроводников электроны и дырки получают возможность переходить из одного полупроводника в другой, и поэтому между полупроводниками, так же как и между металлами, возникает контактная разность потенциалов, а в тонком пограничном слое появляется контактное электрическое поле. Если в контакте находятся два полупроводника одного и того же типа (оба электронные или оба дырочные), то оба полупроводника обмениваются одинаковыми частицами: либо электронами, либо дырками, и явления в этом случае имеют большое сходство с явлениями в двух соприкасающихся металлах. Поэтому мы остановимся только на том случае, когда один из полупроводников имеет электронную проводимость (n-тип), а другой — дырочную (р-тип). Отметим, что такой контакт в чистом виде нельзя получить, прижимая друг к другу два полупроводника, так как вследствие шероховатости поверхности соприкосновение будет происходить лишь в немногих точках; между ними будут воздушные зазоры, 1 которых образуются пленки оксидов, и контакт будет иметь Сложное строение. Поэтому для получения р-п контакта обычно В пластинку чистого полупроводника (например, германия или кремния) вводят две примеси — одну донарную (т. е. сообщающую электронную проводимость), а другую акцепторную (сообщающую дырочную проводимость), и распределяют их таким образом, чтобы в одном конце имелся избыток одной из примесей, а в другом конце — избыток другой. Тогда в одной половине пластинки возникает электронная проводимость, а в другой — дырочная, причем между обеими областями будет расположен тонкий переходный слой, в котором обе примеси компенсируют друг друга {электронно-дырочный переход, или р-п переход).
Рассмотрим сначала р-п контакт в отсутствии тока. Вследствие теплового движения электроны из п -области будут переходить в р -область (и там рекомбинировать с дырками), а дырки из р -области — в п -область (и рекомбинировать с электронами). Полому в п -области, вблизи границы раздела, появится положительный объемный заряд, а в р -области — отрицательный объемный заряд; п -область приобретет положительный потенциал и энергия электрона в ней станет меньше (так как заряд электрона отрицателен), а потенциал р -области сделается отрицательным и энергия электрона в ней увеличится. Кривая распределения потенциальной энергии электронов W3 будет иметь вид, показанный на рис. 3.6,а сплошной кривой. Напротив, энергия положительных дырок WR будет больше в п «-области и меньше в р -облас-ти (пунктирная кривая). Глава 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
В состоянии равновесия полный ток через контакт равен нулю. Этот ток в отличие от металлов, где носителями заряда являются только электроны, складывается как из движения электронов, так и из движения дырок. Остановимся на этом вопросе подробнее. Прежде всего напомним, что в любом полупроводнике, помимо основных носителей заряда (представленных в большинстве), всегда имеется еще и некоторое количество неосновных носителей заряда. Поэтому в электронном полупроводнике наряду с электронами проводимости (основные носители заряда) имеется еще небольшое количество дырок (неосновные носители заряда), а в дырочном полупроводнике, кроме дырок, еще и некоторое количество электронов. Количество неосновных носителей обычно мало по сравнению с количеством основных. Обратимся теперь опять к рис. 3.6. Мы видим, что контактное поле способствует движению неосновных носителей, которые «скатываются» с потенциального уступа. Поэтому все неосновные носители, генерируемые в приконтактной области, движутся через р-п переход и образуют некоторый ток силы г'н направленный от п к р. Сила этого тока практически не зависит от разности потенциалов между п- и р -полупроводниками и определяется только количеством неосновных носителей, образующихся в приконтактной области в единицу времени. Основные же носители (дырки, движущиеся справа налево, и электроны, движущиеся слева направо) образуют ток i0 направленный противоположно, т. е. от р к п. Из рис. 3.6,а видно, что контактное поле препятствует движению основных носителей, которые должны преодолевать потенциальный барьер. В состоянии равновесия устанавливается такая высота потенциального барьера (контактная разность), при которой полный ток i = i0 – iH = 0 (3-D Посмотрим теперь, что будет происходить при наличии тока через контакт. Предположим, что мы приложили к контакту напряжение такого знака, что на п -области имеется отрицательный потенциал и на р -области — положительный (рис. 3.6,6). Тогда энергия электронов в n-области увеличится, а в p-области уменьшится, а следовательно, высота потенциального барьера станет меньше. При этом ток неосновных носителей iH, как говорилось выше, не изменится. Ток же основных носителей i0 увеличится. В результате через контакт будет идти ток i = iQ - in, направленный от р к n; сила тока будет быстро нарастать с увеличением приложенного напряжения. Иное будет происходить, если к n-области присоединен положительный полюс источника тока, а к p-области — отрицательный (рис. 3.6,в). В этом случае высота потенциального барьера увеличится и ток основных носителей i0 уменьшится. Уже при напряжениях порядка 1 В этот ток практически будет равен нулю, и поэтому через контакт будет течь только ток неосновных носителей in, величина которого весьма мала.
В силу изложенного зависимость силы тока от напряжения (вольт-амперная характеристика) для контакта двух полупроводников (р-п перехода) имеет вид, изображенный на рис. 3.7.
Когда ток направлен от р- к n-области, сила тока велика и быстро увеличивается с напряжением, а следовательно, контакт для этого направления тока (проходное направление тока) имеет малое сопротивление. Если же ток направлен от n- к p-области, сила тока весьма мала и почти не зависит от напряжения. Для этого направления тока (запорное направление) контакт имеет большое сопротивление. Таким образом, контакт двух полупроводников обладает односторонней проводимостью или вентильным свойством и имеет вследствие этого нелинейную вольт-амперную характеристику. При включении в цепь переменного тока такие контакты действуют как выпрямители. Рассмотрим опять контакт двух полупроводников р- и n-типа и предположим что через него идет ток в проходном направлении (рис. 3.8). Дырки в p-области движутся к Рис. 3.8. Инжекция - комбинация происходит не мгновен электронов и дырок - но, и поэтому в «-области окажется в полупроводниках
Глава 3 избыточная концентрация дырок пд, а в p -области — избыточная концентрация электронов пэ. При этом избыточные дырки в n-области будут притягивать к себе электроны, так что увеличится и концентрация электронов; объемный заряд, как и в отсутствии тока, не образуется. То же будет происходить и в p-области, где увеличение концентрации электронов повлечет за собой увеличение концентрации дырок. Таким образом, при наличии электрического тока через р-п переход состояние электронов и дырок в полупроводнике становится неравновесным. Их концентрация делается больше ее равновесного значения, происходит как бы «впрыскивание» дырок в n-область и электронов в p-область. Описанное явление получило, название инжекции электронов и дырок. Отметим, что нарушение равновесного состояния электронов и дырок можно также получить под действием освещения полупроводника, даже если последний и однороден. В этом случае изменение концентрации электронов и дырок приводит к изменению электропроводности полупроводника под действием света (явление фотопроводимости). По мере движения избыточные дырки и электроны будут ре-комбинировать и их концентрация будет уменьшаться. Уменьшение концентрации электронов или дырок — dn за время dt пропорционально избыточной их концентрации п и времени: -dn = 1/τ ndt. (3.2) Здесь 1/τ — коэффициент пропорциональности, определяющий вероятность рекомбинации, а величина т получила название времени жизни неосновных носителей заряда. Она зависит от рода и качества материала, от его состояния и от содержащихся в нем примесей. Интегрируя написанное уравнение, находим: п = п0е-t / τ, (3.3) где п0 — начальная концентрация избыточных носителей у границы раздела. Отсюда видно, что т есть такое время, через которое концентрация неосновных носителей вследствие рекомбинации уменьшается в е = 2,71 раза. Расстояние, на которое перемещаются вследствие диффузии инжектированные носители за время жизни т, называется длиной диффузионного смещения (LD). Укажем для примера, что в очень чистом германии т имеет порядок 1000 мкс (10 3 с), a LD превышает 1 мм. При наличии примесей (или иных несовершенств решетки) τ и LD уменьшаются. ИСПОЛЬЗОВАН ИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА __________________________ 91 3.2. ТИПЫ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И ПРИНЦИПЫ ИХ ДЕЙСТВИЯ Использование солнечной энергии в России в соответствии с программой «Экологически чистая энергетика» предусматривается в 13 регионах: Алтайском, Краснодарском, Приморском, Ставропольском и Хабаровском краях, Кабардино-Балкарии, Калмыкии, Северной Осетии, Чечне и Ингушетии, Астраханской, Волгоградской и Ростовской областях. Однако осуществляется программа пока только в четырех регионах: в Краснодарском крае (города Краснодар, Новороссийск, Тимошевск, Усть-Лабинск), Ростовской обл. (г. Азов), Кабардино-Балкарии (г. Нальчик) и в Дагестане (села Гимры, Рубас, Хун-зах и др.). Солнечное теплоснабжение (СТС) как направление использования СЭ является наиболее освоенным. В основе таких систем лежит использование устройств, преобразующих солнечную радиацию в теплоту. Главным элементом этих устройств является плоский солнечный коллектор, поглощающий солнечные лучи с преобразованием их в тепловую энергию. В большинстве случаев применяется окраска поверхностей коллектора черной матовой краской или покрытие металлических поверхностей гальваническим способом. Установки СТС используются для горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха в жилых, общественных, санаторно-курортных зданиях, подогрева воды в плавательных бассейнах и в различных процессах промышленного и сельскохозяйственного производства. Различают: · «активные» установки СТС, в которых используют коллекторы с циркуляцией теплоносителя; · «пассивные» системы отопления зданий, в которых строительные конструкции используют как тепловоспринимающие элементы. Опыт эксплуатации этих установок показывает следующее: · в системах солнечного горячего водоснабжения (СГВС) замещается около 40...60% годового расхода топлива в зависимости от района расположения установок; · в системах солнечного отопления и СГВС замещается 20...50% топлива; «пассивные» системы отопления зданий позволяют снижать энергопотребление домов до 40%, а в отдельных случаях — до 70%. Глава 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
В настоящее время в мире работает более 2 млн гелиоустановок горячего водоснабжения (СГВС) и 250 тыс — систем солнечного отопления (ССО). В ССО широко используются тепловые насосы. В США и Японии работают более 5 млн тепловых насосов. За рубежом строительство СГВС началось в 1973-74 гг. и достигло пика в 1981-82 гг., далее несколько сократилось. Наибольшей суммарной площадью установленных солнечных коллекторов располагают США — 10 млн м2, далее следуют: Япония — 8 млн м2, Израиль — 1,7 млн м2, Австралия — 1,2 млн м2. Годовая производительность СГВС с температурой воды 30...40°С оценивается в 300...650 кВт-ч/м2, для получения 200...300 л/день такой воды необходима общая площадь коллектора 5...8 м2. Производительность установок для отопления плавательных бассейнов с температурой 20...27°С составляет 250...270 кВт-ч/м2, для отопительных установок с температурой (35...70 °С) 4- (150...300) кВт-ч/м2. Стоимость 1 м2 солнечного коллектора составляет (долл. США): США........................................... 250...300 Германия..................................... 400 Австрия и Швейцария................. 800 Великобритания.......................... 300 Австралия.................................... 200 Испания....................................... 73 В США большое распространение получили солнечные установки горячего водоснабжеия, отопления и кондиционирования воздуха (1,1 млн штук). Перспективным считается использование «пассивных» систем для отопления зданий (200 тыс жилых зданий и 15 тыс промышленных зданий). В Японии работает около 310 тыс солнечных бытовых и промышленных установок тепло- и хладоснабжения. Во Франции более 30 тыс жилых домов используют солнечные коллекторы для отопления. В Нидерландах предусматривается широкое строительство низкотемпературных солнечных установок, с помощью которых к 2010 г. планируется заменить примерно 1% расходуемого природного газа. В Испании общая площадь солнечных коллекторов составила около 220 тыс м2. В КНР имеется 100 тыс м2 площади солнечных коллекторов мощностью от 300 до 1200 Вт (90% — более 1000 Вт), используемые в основном для «солнечных кухонь». В РФ программа «Экологически чистая энергетика» предусматривает развитие систем солнечного отопления и горячего водоснабжения для индивидуальных жилых домов, сельскохозяйственных, курортных и некоторых производственных объектов (направление — солнечное теплоснабжение). При этом будут разработаны прогрессивные конструкции и высокомеханизированные технологические процессы для серийного производства долговечных и надежных солнечных коллекторов нового поколения (специальное стекло, свето- и термостойкие полимерные материалы, новые типы теплоизоляции и др.). Общая потребность РФ в солнечных коллекторах оценивается миллионами квадратных метров, а 1 м2 коллектора обеспечивает замещение до 0,15 т у. т. в год. Предполагается также разработать и построить к 2010 г. серию солнечно-топливных автономных комплексов (СТАК) для водо- и теплоснабжения вахтовых и коттеджных поселков (производительность в сутки по воде (холодная) 100...400 м3; по тепловой мощности 1...3 МВт). Простейшая и наиболее дешевая система солнечного горячего водоснабжения основана на термосифонном принципе. Система состоит из солнечного коллектора и расположенного выше него бака-аккумулятора горячей воды. Плотность воды, нагретой в коллекторе, меньше, чем плотность более холодной воды в нижней части бака-аккумулятора, в результате чего в контуре возникает циркуляция. Когда бак-аккумулятор не может быть расположен выше коллектора (например, в больших системах), тогда циркуляция воды осуществляется насосом. Помимо небольших солнечных систем теплоснабжения, рассчитанных на односемейный дом, все большее распространение получают системы, способные удовлетворить потребности многоквартирного дома или даже жилого района. Такие системы состоят из центрального блока теплоснабжения, распределительной сети и тепловых аккумуляторов. В Краснодарском крае эксплуатируется шесть солнечно-топливных котельных в городах Краснодаре, Анапе, Новороссийске, Тимашевске, Усть-Лабинске общей площадью солнечных коллекторов 1000 м2. В установках применены солнечные коллекторы (СК) Братского, Тбилисского и Киевского заводов. Анализ опыта работы солнечно-топливных котельных показал низкую надежность СК Братского завода, высокую стоимость СК других заводов и незаинтересованность эксплуатационного персонала в обслуживании гелиоустановок (техническое обслуживание систем горячего водоснабжения с применением солнечных коллекторов Глава ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
не всегда соответствует техническим условиям заводов-изготовителей). Солнечные приставки могут выполняться ко всем котельным, работающим по открытой схеме (т. е. на нужды горячего водоснабжения) при наличии территории для размещения СК (пустыри, эстакады и пр.). Гелиоприставки можно сооружать к существующим котельным и вновь проектируемым. Мощность солнечных приставок может составлять 5...30% от мощности котельных, в среднем порядке 15%. Конструктивные и технические характеристики некоторых гелеоустройств повышенной эффективности приведены ниже. Концентрирующий солнечный водонагреватель КСВ-3 на основе двугранного фоклина предназначен для нагревания воды или других жидкостей за счет использования солнечной энергии.
Солнечный водонагреватель КСВ-3 (рис. 3.9), в отличие от применяемых в настоящее время у нас в стране и за рубежом плоских солнечных водонагревателей, обеспечивает нагрев воды до более высокой температуры и может работать не только в летнее время, но и зимой. Трубчатая конструкция теплоприемника КСВ-3 повышает его долговечность (по сравнению с плоским водонагревателем) более чем в 2 раза. Концентрирующие солнечные водонагреватели устанавливают на кровлях зданий или на специальных опорах на открытых площадках, облучаемых солнцем и ориентированных на юг. Основными элементами их являются: трубчатый теплоприемник и набор зеркальных концентрирующих элементов в виде двугранных фоклинов. Теплоприемник и фоклины помещены в алюминиевый теплоизолированный корпус, закрытый сверху оконным стеклом. В качестве теплоизоляции применяется пенополистирол. Для лучшего восприятия солнечной радиации поверхность труб имеет черное гальваническое покрытие. Принцип действия водонагревателя заключается в концентрации солнечной энергии на поверхности труб и передаче его теплоносителю, который под давлением 1...6 атмосфер поступает через подающий штуцер в теплоприемник, где воспринимает тепло от горячих стенок и подается через сливной штуцер потребителю. Техническая характеристика (при интенсивности солнечной радиации 600 Вт/м2 и температуре окружающей среды не ниже 0°С) Суточная производительность: по теплоте, кДж....................... 15 000 по воде (80 °С), кг....................... 50 КПД, %.................................................. 50 Площадь нагрева, м2..................... 1,0 Габаритные размеры, мм............. 1200x880x160 Вес (сухой), кг........................... 40 Емкость теплоприемника, л... 0,7 Использование водонагревателей площадью 100 м2 позволяют экономить 15 т у. т. в год. Водонагреватель рекомендуется использовать для систем отопления и горячего водоснабжения гражданских зданий, а также для технологических целей, где требуется горячая вода с температурой до 80 °С. Гелиополигон круглогодичного действия мощностью 9 тыс м3 /год с механизированной технологической линией размещен на действующем заводе железобетонных изделий. В технологическую линию изготовления сборных железобетонных изделий с использованием солнечной энергии для термовлажностной обработки входят гелиокамеры, накрытые несъемными гелиопокрытиями типа СВИТАП (рис. 3.10). Форма-вагонетка (типовая форма, оснащенная колесами) по сигналу с пульта управления системой цепной передачи выкатывается на линию формовки, козловой кран укладывает арматуру, бетоноукладчик с вибротележкой укладывает бетон, вибрирует и переходит на следующий заданный пост. Форма-вагонетка закатывается в гелиокамеру. Оборот форм суточный. В осенне-зимне-весенний период в качестве дополнительного источника тепловой энергии для термовлажностной обработки применены инфракрасные излучатели с напряжением 36 В. Глава 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
Рис. ЗЛО. Состав технологической линии: 1 — бетоновозная эстакада; 2 — бетоноукладчик с виброустановкой; 3 — козловый кран; 4 — гелиокамеры; 5 — щитовые и пультовые; 6 — склад арматуры и готовой продукции Система термовлажностной обработки автоматизирована. Применение этой системы позволяет экономить около 80% тепловой энергии на термовлажностную обработку сборных железобетонных изделий. Используется при изготовлении сборных железобетонных изделий для мелиоративного строительства. Плоский солнечный коллектор повышенной эффективности предназначен для преобразования энергии излучения Солнца в тепловую. Он позволяет без использования концентратора солнечного излучения нагревать в ясный летний день 60...70 л воды (в расчете на 1 м2 площади тепловоспринимающей поверхности) до температуры 55...60 °С. Плоский солнечный коллектор (рис. 3.11) работает в комплекте с баком-аккумулятором. Основными его элементами являются: поглощающая панель с каналами для теплоносителя; прозрачная изоляция, состоящая обычно из одного или двух слоев стекла; тыльная и боковая изоляция и корпус, в котором размещаются все перечисленные выше элементы. Прозрачная изоляция фронтальной поверхности и тыльная (и боковая) изоляция предназначены для снижения тепловых потерь от нагреваемой лучами Солнца панели в окружающую среду. В коллекторе теплопоглощающая панель выполнена в виде листотрубной конструкции из латуни. Трубки уложены в цилиндрические продольные пазы и равномерно припаяны к листу.
Рис. 3.11. Схема солнечной установки с коллектором повышенной эффективности: 1 — солнечный коллектор; 2 — бак-аккумулятор; 3 — вентиль Для повышения КПД коллектора на поглощающую панель наносится покрытие с селективными оптическими свойствами, обеспечивающее снижение тепловых потерь от излучения в несколько раз по сравнению с обычным коллектором. Применение селективного покрытия в солнечных коллекторах повышает их эффективность и обеспечивает более высокий уровень рабочих температур. Так, например, эффективность плоского солнечного коллектора с селективным покрытием при температуре теплоносителя 60...80°С в 1,5-2 раза выше, чем у неселективных коллекторов. Без использования концентратора солнечного излучения можно нагревать в солнечный день 80... 100 л воды. Мобильный автономный комплекс для водо- и теплоснабжения с гелиоустановкой Описание конструктивных решений и технологии. Суточная производительность комплекса 100...400 м3 холодной воды и 1...3 МВт тепловой мощности в зависимости от конкретных условий его применения. Комплекс включает в себя мобильную блок-модульную установку по очистке природных вод, мобильную блок-модульную котельную и солнечную установку. Все части комплекса неразрывно связаны в ед   Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
больше концентрации дырок, то мы говорим, что полупроводник имеет электронную проводимость, или проводимость «-типа (от negativ — отрицательный). Если же значительно преобладают положительные дырки, то электропроводность называется дырочной, или p -типа (от positiv — положительный). Носители заряда, представленные в большинстве (электроны в полупроводнике p -типа и дырки в полупроводнике n -типа), получили название основных носителей заряда, а представленные в меньшинстве — неосновных. Если же концентрации электронов и дырок сравнимы между собой, то мы имеем смешанную проводимость. Так, например, кремний с примесью мышьяка при низких температурах имеет только примесную проводимость и является полупроводником n -типа. Основные носители заряда в нем — электроны, а неосновные — дырки. Последние возникают лишь в результате разрыва валентных связей и их количество при низких температурах мало. Но при увеличении температуры количество таких процессов увеличивается и появляется заметная собственная проводимость. При этом увеличивается и количество дырок, и электропроводность по типу делается смешанной. При достаточно высоких температурах примесная проводимость, напротив, делается гораздо меньше, нежели собственная, и концентрация дырок становится практически равной концентрации электронов.
