Принципы работы солнечной батареи

Использование энергии солнца всегда привлекало человека. В современном мире тому множество примеров в разных областях человеческой жизнедеятельности. Описание работы батареи солнечной, создание схемы и обобщение опыта ученых сделал в начале XX века знаменитый Альберт Эйнштейн.

В Европе внедренное изобретение укоренилось в системе уличного освещения, отопления небольших домов. В России источником дешевой энергии пользуются реже из-за высокой стоимости материалов, но применение солнечных батарей постепенно набирает популярность.

Об устройстве солнечной батареи

Устройство состоит из большого числа фотоэлектрических преобразователей, образующих единую систему. Энергия прямых лучей трансформируется в электрический ток благодаря цепочке фотоэлементов. В устройстве солнечной батареи основную роль играет пластина, оснащенная соединенными полупроводниками.

Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте, когда полезную энергию Солнца удается сохранить внутри устройства. В основе процессов – особенности структуры фотоэлементов, созданные неоднородностью сплавов использованных материалов. По законам физики и химии обеспечивается трансформация энергии.

Эффективность солнечных батарей зависит от числа ясных дней, поэтому целесообразно их устанавливать в определенных регионах с учетом географической широты.

Об устройстве коллектора

Ранее попыткой использования естественного освещения были терминальные электростанции, коллекторы, производящие нагревание теплоносителя. Существуют принципиальные отличия в том, как работает солнечный коллектор и гелиосистема.

Коллектор представляет собой сооружение, которое принимает и преобразует свет в кинетическую энергию, тепловой источник. В его составе такие основные элементы:

• специальные пластины с металлическими контактами;
• накопительный бойлер с водой;
• система труб для циркуляции жидкости.

Принципом работы солнечного коллектора является нагревание воды до температуры кипения, итогом чего становится образование пара и работа двигателя, преобразующего тепловую энергию в механическую.

Принципиальные различия устройств

Производство альтернативного гелиоисточника развивается в другом направлении, чем солнечного коллектора, принцип работы которого не связан с выработкой электрического тока. Размеры их тоже отличаются: на площади в среднем 30–70 кв. м помещается оборудование солнечных тепловых коллекторов для трансформации природной радиации в тепловую энергию.

Использование солнечных батарей возможно в небольших калькуляторах, но существуют подобные сооружения на поверхности автомобилей и крышах зданий. Одна пластина может передать энергию для питания небольшой лампочки. Чем выше ожидаемая мощность от устройства, тем большая площадь требуется для размещения пластин.

Принцип работы солнечных батарей основан на преобразованиях полупроводников. Сила тока в фотоэлементах зависит от ряда факторов:

• интенсивности источника светового излучения;
• размера принимающей фотоны площади;
• угла падения света;
• времени эксплуатации элементов;
• КПД солнечного элемента;
• температурного режима среды.

В настоящее время созданы разновидности фотоэлементов для реализации принципов работы солнечных батарей.

Классификация

Различия исходных материалов и методов определяют основные типы солнечных батарей:

• кремниевые;
• пленочные.

Кремний признан на современном этапе самым эффективным фотоэлементом, он является приоритетным материалом для изготовления гелиоосистем. Выделяют следующие подвиды кремниевых (кремневодородных) устройств:

1. Монокристаллические преобразователи. Устройство солнечных панелей предполагает направленность светочувствительных элементов к источнику световой энергии. КПД солнечных батарей в ясные дни достигнет 22%, но рассеянный свет, пасмурная погода отрицательно повлияют на результат. Установка данного вида панелей целесообразна в южных регионах с большим количеством ясных дней. Узнать панели легко по глубине черного цвета, признаку развернутых ячеек.
2. Поликристаллические системы. Принцип действия солнечных батарей – в неоднородности структуры панелей для преобразования энергии разнонаправленными кристаллами кремния. КПД ниже, чем у монокристаллических преобразователей, порядка 18%. Преимущество в применении с рассеянным светом, при пасмурных погодных условиях. Поликристаллические панели густого синего цвета, пластины квадратной формы.
3. Аморфные панели. В основе использованы пластины из фольги, пластика, стекла с кремниевым напылением. КПД солнечных панелей всего 6%. Радиация Солнца приводит к выгоранию слоев кремния. На практике срок службы солнечных панелей с напылением всего 1–2 года. Применение устройств оправдано низкой стоимостью, высокой эффективностью работы в условиях низкой освещенности, так как устроена солнечная батарея на максимальное поглощение светового потока. Аморфные панели имеют темно-серый цвет.
4. Гибридные преобразователи. Созданы на основе микрокристаллов кремния и соответствующего напыления. Это самые эффективные солнечные батареи по причине работы с высоким КПД по преобразованию ультрафиолетовых и инфракрасных лучей в условиях высокой и низкой освещенности.

Альтернативное решение

Система солнечных батарей пополнилась перспективной новинкой полимерных преобразователей пленочного типа. Рулонная конструкция не содержит кремния. Преимущество портативной модели в гибкости, легкости, компактности, низкой стоимости. КПД составляет 6,5%.

Развитие переносных солнечных батарей находится в ранней стадии. Производство первых полимерных панелей организовали в Дании. Пленочные фотоэлементы экологичны, безопасны. Сделать рулонные системы общедоступными предстоит в будущем.

Целесообразность альтернативных панелей

Жители Европы на практике хорошо знают, что такое солнечная батарея как источник дешевой энергии. Правильная эксплуатация и обслуживание обеспечивают срок службы солнечных батарей до 25 лет. Срок окупаемости солнечных батарей значительно меньше.

Устройство не имеет механических частей, поэтому долговечность и надежность становятся определяющими в вопросах приобретения. Специалисты работают над увеличением коэффициента полезности и снижением себестоимости. КПД солнечных батарей зависит от выбора региона и правильного места установки панелей.

Различные виды солнечных батарей применимы для загородных домов, небольших коттеджей, построек, удаленных от источников энергии. С помощью бытовых солнечных батарей решают вопросы освещения, обогрева помещения, работы электроприборов.

Любые виды солнечных панелей сопровождаются работой аккумуляторов. Периодическая замена по степени износа станет элементом техобслуживания гелиосистемы.