Принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Впервые примененные для энергообеспечения космических станций более 40 лет назад, сегодня солнечные батареи прочно вошли в быт как источник экологически чистой и бесплатной энергии. Солнце всегда посылало и посылает на землю миллиарды киловатт лучистой энергии и этот источник не иссякнет еще многие миллионы лет. Фотогальванические панели производства JETION, SANYO, SHARP, SOLAR FRONTIER представлены в каталоге АкваЛенд.

Одним из источников энергии является солнечная батарея, генерирующая альтернативную энергию Солнца. Она появилась сравнительно недавно, но уже успела обрести популярность в странах Европы, за счет высокой эффективности и приемлемой стоимости. Солнечная батарея является почти неисчерпаемым источником энергии, способным накапливать и преобразовывать световые лучи в энергию и электричество. На территории Украины новый источник энергии постепенно только набирает популярность.

Принцип работы солнечных батарей

По принципу работы солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, который использует эффект преобразования лучистой энергии в электрическую. Точнее, в солнечных батареях использовано свойство полупроводников на основе кристаллов кремния. Кванты света, попадая на пластину полупроводника, выбивают электрон с внешней орбиты атома данного химического элемента, что создает достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока. Однако для того, чтобы напряжения и мощности такого источника было достаточно для применения в хозяйственных целях, одного или двух кремниевых элементов недостаточно. Поэтому их собирают в целые панели, где соединяют параллельно или последовательно. При этом площадь таких панелей может составлять он нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. Увеличивая количество панелей можно добиться большей производимой мощности солнечной батареей.

Однако производительность солнечной батареи зависит не только от площади, но также от интенсивности солнечного света и угла падения лучей. Следовательно, производительность солнечной батареи зависит от местности и географической широты, где расположен дом, от погоды и времени года, от времени суток. Кроме того, чтобы система из солнечных батарей работала и подавала энергию в сеть, нужно установить ряд дополнительных электроприборов, в частности:
-инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
-аккумуляторную батарею, роль которой накапливать энергию и сглаживать перепады напряжения из-за изменения освещенности;
-контроллер заряда аккумулятора, который не позволяет аккумулятору перезарядиться или разрядиться раньше времени.

Все это в комплексе называется автономной системой энергоснабжения на основании солнечных батарей. В каталоге АкваЛенд, широко представлены дополнительные комплектующие электроприборы.

В чем же заключается принцип работы альтернативного источника энергии?

Во-первых, фотоэлементы являются кремниевыми пластинами. В свою очередь, кремний по своему химическому составу имеет максимальную схожесть с чистым силицием. Именно этот нюанс дал возможность понизить стоимость солнечной батареи и запустить ее уже на конвейер.

Кремний в обязательном порядке кристаллизуют, так как сам по себе он является полупроводником. Монокристаллы изготавливаются намного проще, но при этом не имеют много граней, за счет чего электроны имеют возможность двигаться прямолинейно.

Важно знать, что добавлением фосфора или мышьяка повышается электропроводность. Также, одним из важных свойств силиция является невидимость для инфракрасного излучения. Благодаря этому элементу, преобразовательные блоки поглощают только полезные части солнечного спектра.

Последовательность действий солнечной батареи

1. Энергия солнца попадает на пластины.
2. Пластины нагреваются и освобождают электроны.
3. Электроны активно двигаются по проводникам.
4. Проводники дают заряд аккумуляторам.

Само устройство и принцип работы энергоисточника можно называть простым. Оно состоит всего из двух частей: основного корпуса; преобразовательных блоков. В большинстве случаев корпус делают из пластика. Он похож на обыкновенную плитку, к которой прикреплены преобразовательные блоки. Преобразовательным блоком является кремниевая пластинка. Она может изготавливаться двумя способами: поликристаллическим; монокристаллическим. Поликристаллический способ является менее затратным, а монокристаллический считается наиболее эффективным. Все остальные дополнительные части (например, контроллеры и инверторы), микросхемы присоединяют только для увеличения работоспособности и функционирования источника энергии. Без них солнечная батарея также сможет работать.

Существует два вида их подключения: последовательное; параллельное. Разница лишь в том, что в параллельном соединении происходит увеличение силы тока, а при последовательном увеличивается напряжение. Если есть необходимость в максимальной работе сразу двух параметров, то используется параллельно-последовательное. Но стоит учитывать, что высокие нагрузки могут способствовать тому, что некоторые контакты могут перегореть. Для предотвращения этого используют диоды. Один диод способен защитить одну четвертую часть фотоэлемента. Если их нет в устройстве, то есть большая вероятность, что весь источник энергии прекратит своё функционирование после первого же дождя или урагана.

Как и любое техническое устройство, солнечная батарея имеет свои эксплуатационные и технические характеристики, которые отличаются для различных моделей, различных производителей, но с достаточно небольшим расхождением. При площади солнечной батареи примерно 0,2 м² мощность модуля составляет примерно 10 Вт. Напряжение при максимальной нагрузке – около 25 В. Ток короткого замыкания составляет около 500 мкА. Вес такого модуля около 2 кг. Типичный КПД солнечной батареи – от 14 до 18%. Срок службы такой пластины не менее 25 лет