Методы создапия селективных поверхностей, рассмотренные в главах 2 и 3, могут быть использованы в разнообразных устрой­ствах, преобразующих энергию солнечного излучения как в теп­ловую, так и в электрическую. Не только к полупроводниковым фотоэлементам из кремния или арсенида галлия, но и к любым фоточувствительным элементам из различных материалов, рабо­тающим как в фотогенераторном, так и в фотодиодном режимах, относятся рекомендации главы 2. Не только к коллекторным по­верхностям воздухо — или водонагревателей применимы приемы получения черно-белых поверхностей, изложенные в главе 3, но и к солнечным термоэлектрическим полупроводниковым гене­раторам, солнечным термоэмиссионным установкам и многим дру­гим, поскольку в каждом из этих методов использования солнеч­ной энергии имеется стадия преобразования энергии солнечного излучения в тепловую.

Однако существует класс комбинированных преобразователей солнечной энергии, требующий иного подхода к разработке се­лективных поверхностей.

Следует отметить, что термин «комбинированный» иногда ис­пользуется для обозначения теплоэнергетических преобразова­телей энергии солнечного излучения, которые предназначены для комплексной выработки тепла, электроэнергии, льда, горячей воды [11]. Мы же будем говорить о комбинированных преобразо­вателях солнечной энергии, имея в виду одновременное исполь­зование в одном преобразователе нескольких физических принци­пов (например, фотоэлектрического и термоэлектрического, фото­электрического и теплоэнергетического и т. д.) с целью не только получения полезной энергии сразу в нескольких удобных формах, ‘по главпое — повышения теоретического и практического КПД преобразования энергии солнечпого излучепия [169].

Появление таких преобразователей было вызвано желанием максимально использовать весь спектр солнечного излучения. Если рассмотреть подробнее характеристики, например, даже са­мых эффективных в настоящее время полупроводниковых фото­элементов системы твердый раствор алюминия в GaAs—GaAs, то станет ясно, что, обладая спектральной чувствительностью в области к = 0,5 — г — 0,9 мкм, эти фотоэлементы совершенно не фотоактивны по отношению к более чем 50% солнечного излуче­ния в интервалах спектра к < 0,5 мкм и к р> 0,9 мкм. К тому же та часть энергии солнечного спектра в области 0,5—0,9 мкм, ко­торая не преобразуется в электроэнергию, в конечном итоге пере­ходит в бесполезно теряемое тепло. Эти соображения привели к мысли о создании сначала каскадных фотоэлементов [1701 со спектральной чувствительностью во всем диапазоне солнечного спектра, а в последнее время — к необходимости разработки ком­бинированных фототермических систем [169, 171], в которых сол­нечная энергия будет полезно преобразовываться одновременно и в тепловую, и в электрическую энергию. В настоящее время соз­даны не только продуманные проекты фототермических систем, но и построен опытный действующий образец такой системы — солнечный дом Института прямого преобразования энергии при Университете штата Делавэр в США [172]. На крыше этого дома установлены коллекторы из тонкопленочных солнечных элементов системы CdS—Cu2S; вырабатываемой ими электроэнергией пи­таются освещение и электробытовые приборы дома. Элементы герметизированы с помощью защитных стеклянных пластин от воздействия окружающей среды, а сзади элементов укреплены металлические трубы, по которым пропускается воздух. Воздух забирает избыточное тепло солнечных элементов, нагревается и поступает в систему отопления дома. Таким образом, солнечные элементы снабжают экспериментальный дом не только электри­ческой, но и тепловой энергией. Однако суммарный КПД коллекто­ров с солнечными элементами не превышает 50% [172], причиной чего является, несомненно, отсутствие оптической оптимизации приемной поверхности солнечных элементов.

В данном случае солнечные элементы выполняют роль не толь­ко электрогенерирующего устройства, но и селективной поверх­ности, которая для повышения суммарного КПД должна, в част­ности, иметь очень низкий коэффициент собственного теплового излучения, в то время как приклеивание защитного стекла (см. главу 2) приводит к увеличению интегрального коэффициента излучения поверхности фотоэлементов.

Это лишь один из примеров, показывающих, что к оптическим поверхностям комбинированных пребразователей солнечной энер­гии предъявляются особые, специфические требования и селек­тивные поверхности преобразователей этого типа следует рассмат­ривать отдельно.

Важно также отметить, что в комбинированных преобразова­телях приобретают большое значение вопросы оптической оптими­зации поверхностей концентраторов-отражателей солнечного из­лучения, радиаторов-охладителей и прозрачной тепловой изо­ляции.

В связи с этим в настоящей главе рассмотрены сначала пред­ложенные селективные покрытия для этих поверхностей, а затем уже и для поверхностей активных элементов комбинированных преобразователей, таких, как каскадные солнечные элементы, фототермические и термофотоэлектрические устройства.

4.1.