няется это простотой эксплуатации, высокой надежностью, небольшой стоимостью.

Внешняя характеристика одного из термоэлементов (рис. 14.8, б) достаточно круто спадает, поэтому для такого генератора не опасны короткие замыкания. Удельные характеристики термогенераторов зависят от мощности и способа подогрева и для генераторов мощностью 200-300 Вт составляют 15-20 Вт/кг. При использовании побочного тепла удельные характеристики заметно повышаются.

Один из космических термогенераторов содержит 2880 термоэлементов из сплава Ge-Si р- и п-типов электропроводности. Они объединены в 120 модулей, установленных на 40 трубках, по которым протекает теплоноситель. В каждом модуле 6 последовательных термоэлементов, снимаемая с них мощность равна 4-5 Вт. Температура горячего спая около 500° С, а холодного 315° С. Масса генератора 68 кг. Отдаваемая им мощность 500 Вт. Время безотказной работы 12 000 ч. Общий вес всей установки вместе с атомным реактором 435 кг.

В термогенераторе Ромашка в качестве источника тепла используется реактор на быстрых нейтронах и термоэлементы из сплава Ge-Si. Мощность, отдаваемая термоэлементами, -500 н- 800 Вт при токе нагрузки 88 А. Время безотказной работы 15 ООО ч.

В изотопном термогенераторе источником тепла является ампула с изотопом Ро- Размер ампулы 6 Хб X 1,3 см, она с двух сторон облицована термоэлементами (18 шт.). Мощность, отдаваемая Ими в нагрузку, равна 320 Вт. Тепловой поток через изоляцию составляет 49 Вт. Общий к. п. д. установки 3 -г- 3,5%.

Аналогичные источники используют для питания радиорелейных и радиометеорологических станций. Источник Бета-С имеет мощность 10 Вт, напряжение 6 В, вес 140 кги срок службы 10 лет. Устанавливались термоэлектрические генераторы и на спутниках системы Космоо>.

§ 14.4 Термоэлектронные генераторы

Термоэлектронные генераторы работают при более высокой температуре разогрева, в сравнении с термогенераторами обладают большим к. п. д. Их принцип действия основан на использовании энергии электронов, испускаемых нагретым эмиттером - катодом (рис. 14.9, а). Эмиттируемые им электроны попадают на холодный анод (коллектор). Возвращаясь на эмиттер по внешней цепи, они и создают в ней электрический ток.

Для уменьшения влияния пространственного заряда электронов, находящихся в промежутке эмиттер-коллектор, последний иногда заполняют парами легко ионизирующегося металла. Так, введение цезия позволяет увеличить расстояние между эмиттером и коллектором, получить при этом- в десятки раз больший ток эмиссии.

Внешняя характеристика одного элемента термоэлектронного генератора (рис. 14.9, б), у которого эмиттер активирован и нагрет до Т = 1860° К, а коллектор имеет температуру Т = 920° К, показы-

вает, что с одного квадратного сантиметра змйттера можно получить около 4 Вт электрической мощности в нагрузке. Расстояние между эмиттером и коллектором в этом генераторе равно 5 мкм.

При.более высоких температурах эмиттера и меньшем расстоянии эмиттер- 5 -коллектор отдача генератора и его к. п. д. возрастают. В некоторых преобразователях к. п. д. равен 13,5%; с 1 см поверхности электродов снимается мощность до 20 Вт. Широкому применению термоэлектронного генератора препятствует его небольшой срок службы, связанный с испарением высокотемпературного катода. Каскадное соеди--нение термоэлектронного и термоэлектрического генераторов заметно повышает характеристики источника.

о 0,1, 0.В 1,2 1,6 0,В

Рис. 14.9. Схема устройства термоэлектронного генератора (с) и его внешняя характеристика (б):

анод; 2

. плазма; 5 - цезий; 4 - катод; 5 - тепло; 6 - нагрузка

§ 14.5 Источники электрической энергии,

в которых используется солнечное излучение

Солнце - неисчерпаемый источник энергии. Поэтому источники энергии, в которых используется солнечное излучение, привлекают внимание всех энергетиков.

В наружной атмосфере плотность энергии солнечного излучения весьма высока и составляет 1,33 кВт/м^. В атмосфере некоторая часть энергии поглощается. Поэтому в средних широтах в летние месяцы плотность мощности солнечной радиации на уровне моря достигает 0,8-0,9 кВт/м^. Из этой мощности примерно 30% приходится на рассеянное переизлучение атмосферы. Потери в атмосфере зависят от времени года и времени суток. Поэтому при самых оптимальных условиях среднесуточная плотность мощности солнечного излучения, падающего на горизонтальную площадку, меньше 0,4 кВт/м^, а среднегодовая 0,1-0,2 кВт/м'. Однако этой мощности достаточно, чтобы с поверхности размером 5 х 5 = 25 м^ получать от солнца в течение суток 6-12 кВт-ч энергии при к. п. д. преобразователя всего в 10%. Этой энергии вполне достаточно для потребности средней семьи, имеющей полностью электрифицированные бытовые приборы.

Использование солнечного излучения для получения электрической энергии может осуществляться как непосредственно, так и с промежуточным его преобразованием в тепловую энергию. Во втором случае для получения электрической энергии может использоваться любой теп.ловой генератор. Так, известны турбоэлектрогенераторы, приводяищеся в действие от солнечного нагревателя. Параболическое

зеркало диаметром^ 9 м, обеспечивающее при благоприятных условиях освещения получение в его фокусе температуры 2800° С, нагревает рабочее тело турбины. Турбина вращает электрогенератор, отдающий в нагрузку мощность 3 кВт. Весит такая установка около 300 кг.

Применение в такой установке цилиндрического зеркала той же площади позволяет получить температуру в фокусе лишь 560° С и худшие показатели работы турбины. Более удобно в этом случае применять полупроводниковые термогенераторы.

В качестве накопителя запаса энергии, необходимой для круглосуточной работы солнечной электростанции, применяют электрические и тепловые аккумуляторы. Хорошим тепловым аккумулятором является гидрид лития, имеющий скрытую теплоту плавления 890 калорий на грамм. Весьма перспективно применение солнечных электростанций в южных районах с большим количеством солнечных дней в году.

Для питания радиоустройств космических аппаратов широко применяют непосредственные пре-/ \ J образователи энергии солнечного

излучения в электрическую энер-

олнеГЛаГреи гию, называемые солнечны-

мибатареями. Наибольшее и7;= %ГпТр\=х°Й;-.°; сГка применсние получили кремнисвые

п-кремния; 5 - нижний токоотвод солнсчныс батзреи, так как спект-

ральная характеристика поглощения кремния хорошо согласуется со спектральной характеристикой солнечного излучения.

На поверхность пластины, представляющей собой монокристалл кремния п-типа, вносится присадка, сообщающая кремнию электропроводность р-типа. На глубине около 2,5 мкм формируется р-п-пере-ход (рис. 14.10). Поглощение солнечного света сопровождается появлением избыточных носителей заряда как электронов, так и дырок. Потенциальный барьер, возникающий в р-п-переходе, приводит к разделению избыточных зарядов. В области р сосредоточатся избыточные дырки, а в области п - избыточные электроны.

Таким образом, при поглощении солнечного света в освещаемом слое р-типа накопится положительный избыточный заряд, а в слое м-типа - отрицательный. Стекание этих зарядов через внешнюю нагрузку и обеспечивает в ней ток.

Концентрация избыточных носителей заряда, а следовательно, и создаваемая солнечной батареей э. д. с. зависят от мощности поглощаемого света и тока, отдаваемого ею в нагрузку. Эта зависимость придает внешней характеристике элемента батареи своеобразный вид (рис. 14.11).

При относительно небольших мощностях светового потока, падающего на поверхность элемента, как э. д. с. холостого хода 0, так и ток короткого замыкания 1 растут с увеличением мощности. При