Про солнечные батареи
Посмотрел я на поля солнечных электростанций и задумался. Все элемены солнечных панелей сделаны так или иначе из кремния, создающего p-n переход. Эдакий элементарный фотодиод. Полупроводниковый диод... Вот тут-то я и подумал, что кроме полупроводниковых диодов существовали ещё и ламповые диоды. Собственно, фотоэффект и фотоэмиссия были открыты изначально в лампах. Так почему бы и не попробывать собрать ламповую солнечную батаерю?
Представим, как оно может выглядить:
Стеклянная лампа. На её дне находится анод в форме пораболы. Анод должен быть зеркалным и отражать поток света фокусируюя его при этом в одну точку (или линию-цилиндр если лапа не шарообразная, а классической цилиндровой формы). Катод разогревается и начинает излучать поток электронов, которые и улавливаются анодом. Возникает разность потециалов между анодом и катодом. А это уже источник тока - солнечный элемент.
Достоинств два: меньшая критичность к температуре окружающей среды и дешевизна. Как бы китайцы не изгалялись, но стоимость полупроводниковых солнечных элементов будет выше чем у ламп. Это хотя бы потому, что в лампах не так критично использование химически чистых маетриалов. А сам эмиссионных слой у катода - это простой карбид железа. Кроме того, каждый хозяин солнечных панелей знает, что в жару они не так эфективны как прохладную погоду - внутреннее сопротивление панелей сильно увеличивается с ростом темпиратуры. Для полупроводников даже 95 градусов становятся большой проблемой. Для лампы же чем жарче - тем лучше. 400 или 500 градусов для радиолампы не проблема.
Ну, жара жарой, но как бы не были лампы устойчивы к жаре, а в какой-то момент пораболическое зеркало анода может расплавить катод. Не самое приятное явление, особенно в заметное в жарком климате. Что остаётся делать? Ну, во-первых охлаждать анод. В первом приближении достаточно тупо сдеать анод ребристым и отводить тепло на тёмную сторону солнечного элемента, где оно и будет отводиться потоком воздуха.
Дальше можно "развернуть" или "расправить" лампу из цилиндрической или шарообразной формы в эдакий кондецатор состоящий из двух пластин находящихся очень близко друг к другу:
Между пластинами, естественно, вакуум. Катод - двухслойный: метал с эмиссионным покрытием. Анод представляет собой одну из сторон радиатора охлаждения.
Достоинство на лицо: нет стеклянных деталей. Совсем. А это значит, такой элемент, хоть и представляет собой лампу, но уже не является такой хрупкой.
Естественно, что чем сильнее светит солнце, тем интенсивнее идёт эмиссия электронов от катода к аноду. И соответственно, бОльший ток сможет вырабатывать такой фотоэлемент.
Следующая проблема - вторичная эмиссия. Анод, бомбардируемый потоком электронов рано или поздно сам начинает разогреваться. В результате возникает вторичная эмиссия электронов у поверхности анода:
Остаётся вспомнить то, как эту проблему решали в классических радолампах - установкой сеток и превращение триода в тетрод или пентод.
И так, попробуем установить сетку рядом с анодом:
"Электронное облако" висящее возле анода будет отводится сеткой обратно на катод. Тем самым мы сильно уменьшим внутреннее сопротивление лампы, и соответственно, увеличим максимальный выходной ток. Но не всё так безоблачно в такой конструкции, как может показаться на первых взгляд. Поставив анодную сетку мы тем самым замедляем поток электронов от катода к аноду. От катода потребуется бОльшее напряжение чтобы "послать" электроны к аноду. Придётся поставить ещё и катодную сетку - очень тонкую и с большими ячейчами. Она должна только чуть-чуть ускорить электроны тем самым "оторвав" их от катода.
Вот так мы и получаем 4-слойный ламповый солнечный элемент. Он вовсе не должен быть прозрачным, а следовательно, он не такой хрупкий как традиционные солнечные панели. Эдакая герметичная коробочка с двумя сетками внутри. Я почти уверен, что сейчас просто дело времени, когда ламповые солнечные батареи заменят классические полупроводниковые. Фантазируя дальше я могу предположить, что если применить водяное охлаждение анода в такой кончструкции, то таким образом можно получать тёплую воду для бытовых нужд.
Представим, как оно может выглядить:
Стеклянная лампа. На её дне находится анод в форме пораболы. Анод должен быть зеркалным и отражать поток света фокусируюя его при этом в одну точку (или линию-цилиндр если лапа не шарообразная, а классической цилиндровой формы). Катод разогревается и начинает излучать поток электронов, которые и улавливаются анодом. Возникает разность потециалов между анодом и катодом. А это уже источник тока - солнечный элемент.
Достоинств два: меньшая критичность к температуре окружающей среды и дешевизна. Как бы китайцы не изгалялись, но стоимость полупроводниковых солнечных элементов будет выше чем у ламп. Это хотя бы потому, что в лампах не так критично использование химически чистых маетриалов. А сам эмиссионных слой у катода - это простой карбид железа. Кроме того, каждый хозяин солнечных панелей знает, что в жару они не так эфективны как прохладную погоду - внутреннее сопротивление панелей сильно увеличивается с ростом темпиратуры. Для полупроводников даже 95 градусов становятся большой проблемой. Для лампы же чем жарче - тем лучше. 400 или 500 градусов для радиолампы не проблема.
Ну, жара жарой, но как бы не были лампы устойчивы к жаре, а в какой-то момент пораболическое зеркало анода может расплавить катод. Не самое приятное явление, особенно в заметное в жарком климате. Что остаётся делать? Ну, во-первых охлаждать анод. В первом приближении достаточно тупо сдеать анод ребристым и отводить тепло на тёмную сторону солнечного элемента, где оно и будет отводиться потоком воздуха.
Дальше можно "развернуть" или "расправить" лампу из цилиндрической или шарообразной формы в эдакий кондецатор состоящий из двух пластин находящихся очень близко друг к другу:
Между пластинами, естественно, вакуум. Катод - двухслойный: метал с эмиссионным покрытием. Анод представляет собой одну из сторон радиатора охлаждения.
Достоинство на лицо: нет стеклянных деталей. Совсем. А это значит, такой элемент, хоть и представляет собой лампу, но уже не является такой хрупкой.
Естественно, что чем сильнее светит солнце, тем интенсивнее идёт эмиссия электронов от катода к аноду. И соответственно, бОльший ток сможет вырабатывать такой фотоэлемент.
Следующая проблема - вторичная эмиссия. Анод, бомбардируемый потоком электронов рано или поздно сам начинает разогреваться. В результате возникает вторичная эмиссия электронов у поверхности анода:
Остаётся вспомнить то, как эту проблему решали в классических радолампах - установкой сеток и превращение триода в тетрод или пентод.
И так, попробуем установить сетку рядом с анодом:
"Электронное облако" висящее возле анода будет отводится сеткой обратно на катод. Тем самым мы сильно уменьшим внутреннее сопротивление лампы, и соответственно, увеличим максимальный выходной ток. Но не всё так безоблачно в такой конструкции, как может показаться на первых взгляд. Поставив анодную сетку мы тем самым замедляем поток электронов от катода к аноду. От катода потребуется бОльшее напряжение чтобы "послать" электроны к аноду. Придётся поставить ещё и катодную сетку - очень тонкую и с большими ячейчами. Она должна только чуть-чуть ускорить электроны тем самым "оторвав" их от катода.
Вот так мы и получаем 4-слойный ламповый солнечный элемент. Он вовсе не должен быть прозрачным, а следовательно, он не такой хрупкий как традиционные солнечные панели. Эдакая герметичная коробочка с двумя сетками внутри. Я почти уверен, что сейчас просто дело времени, когда ламповые солнечные батареи заменят классические полупроводниковые. Фантазируя дальше я могу предположить, что если применить водяное охлаждение анода в такой кончструкции, то таким образом можно получать тёплую воду для бытовых нужд.