Принцип роботи: Сонячні батареї.. Альтернативна енергетика. it

28.09.2015

Принцип роботи: Сонячні батареї.

Принцип роботи: Сонячні батареї.. Альтернативна енергетика. it

Ми часто пишемо про різні види альтернативної енергетики, в тому числі про сонячну. Цією статтею розпочинається цикл статей про принципи роботи різних пристроїв працюють на відновлюваної енергії. І перше, що буде розглянуто — сонячні батареї. Сонячна енергія в останній час використовується всюди: в природному освітленні приміщень, нагрівання води, сушіння і іноді навіть в приготуванні їжі. Однак найважливішим використанням енергії сонця є, мабуть, генерація електрики. І головний елемент такої генерації — сонячна батарея!

Будова сонячних батарей

Принцип роботи: Сонячні батареї.. Альтернативна енергетика. it

Сонячна батарея складається з фотоелементів, з’єднаних послідовно і паралельно. Всі фотоелементи розташовуються на каркасі з непровідних матеріалів. Така конфігурація дозволяє збирати сонячні батареї необхідних характеристик (струму і напруги). Крім того, це дозволяє замінювати вийшли з ладу фотоелементи простою заміною.

Принцип роботи

Принцип роботи фотоелементів з яких складається сонячна батарея заснований на фотогальванічної ефекті. Цей ефект спостерігав ще Олександр Едмон Беккерель в 1839 році. Згодом роботи Ейнштейна в області фотоефекту дозволили описати явище кількісно. Досліди Беккереля показали, що променисту енергію сонця можна трансформувати в електрику за допомогою спеціальних напівпровідників, які пізніше отримали назву фотоелементи.

Взагалі такий спосіб отримання електрики повинен бути найбільш ефективним, тому що є одноступінчастим. Порівняно з іншою технологією перетворення сонячної енергії через термодинамічний перехід (Промені -> Нагрівання води -> Пар -> Обертання турбіни -> Електрика), менше енергії втрачається на переходи.

Будова фотоелемента

Принцип роботи: Сонячні батареї.. Альтернативна енергетика. it

Фотоелемент на основі напівпровідників складається з двох шарів з різною провідністю. До шарів з різних сторін підпоюють контакти, які використовуються для підключення до зовнішнього ланцюга. Роль катода грає шар з n-провідністю (електронна провідність), роль анода — p-шар (діркова провідність).

Струм у n-шару створюється рух електронів, які «вибиваються» при попаданні на них світла за рахунок фотоефекту. Струм в p-шарі створюється «рухом дірок». «Дірка» — атом, який втратив електрон, відповідно, перескакування електронів з «дірки» на «дірку» створює «рух» дірок, хоча в просторі самі «дірки» звичайно не рухаються.

На стику шарів з n — і p-провідністю створюється p-n-перехід. Виходить свого роду діод, які може створювати різниця потенціалів за рахунок потрапляння променів світла.

Фізичний механізм дії

Коли промені світла потрапляють на n-шар, за рахунок фотоефекту утворюються вільні електрони. Крім цього, вони отримують додаткову енергію і здатні «перестрибнути» через потенційний бар’єр p-n-переходу. Концентрація електронів і дірок змінюється і утворюється різниця потенціалів. Якщо замкнути зовнішню ланцюг через неї почне текти струм.

Різниця потенціалів (а відповідно і ЕРС) яку може створювати фотоелемент залежить від багатьох факторів: інтенсивності сонячного випромінювання, площі фотоелемента, ККД конструкції, температури (при нагріванні провідність падає).

З чого роблять фотоелементи?

Принцип роботи: Сонячні батареї.. Альтернативна енергетика. it
Принцип роботи: Сонячні батареї.. Альтернативна енергетика. it

перший у світі фотоелемент з’явився в 1883 році в лабораторії Чарьза Фріттса. Він був виготовлений з селену, покритого золотом. На жаль, але такий набір матеріалів показав невисокі результати — близько 1% ККД.

Принцип роботи: Сонячні батареї.. Альтернативна енергетика. it

Революція у використанні фотоелементів сталася тоді, коли в надрах лабораторії компанії «Bell Telephone» був створений перший елемент на кремнії. Компанія потребувала джерелі електроенергії для телефонних станцією, і, можна сказати, була першою компанією, яка використала альтернативне джерело сонячної енергії.

Кремній досі залишається основних матеріалом для виробництва фотоелементів. Взагалі кремній (Silicium, Silicon) — другий за поширеністю елемент на Землі, запаси його величезні. Однак в промисловому його використанні є одна велика проблема — його очищення. Процес цей дуже трудомісткий і витратний, тому чистий кремній коштує дорого. Зараз ведеться пошук аналогів, які б не поступалися кремнію за ККД. Перспективними вважаються сполуки міді, індія, селену, галію та кадмію, а також органічні фотоелементи.

Сонячні батареї (Складання)

Принцип роботи: Сонячні батареї.. Альтернативна енергетика. it

Однак різниця потенціалів, створювана одним фотоелементів, мала для промислового застосування. Щоб мати можливість використовувати сонячні елементи для електроживлення пристроїв, їх з’єднують разом. Тим самим виходять сонячні батарей (сонячні складання, сонячні модулі). Крім того, фотоелементи покривають різними захисними шарами з скла, пластмаси, різних плівок. Це роблять для того, щоб захистити крихкий елемент.

Основною робочою характеристикою сонячної батареї є пікова потужність, яку виражають у Ватах (Вт, W). Ця характеристика показує вихідну потужність батареї в оптимальних умовах: сонячному випромінюванні 1 кВт/м 2. температурі навколишнього середовища 25 o C, сонячному спектрі завширшки 45 o (АМ1,5). У звичайних умовах досягти таких показників вдається вкрай рідко, освітленість нижче, а модуль нагрівається вище (до 60-70 градусів).

Поєднуючи фотоелементи послідовно ми підвищуємо різниця потенціалів, з’єднуючи паралельно — струм. Таким чином комбінуючи з’єднання можна досягти необхідних параметрів по струму і напрузі, а отже і по потужності. Крім того, послідовно або паралельно можна з’єднувати не тільки фотоелементи в рамках однієї сонячної батареї, але і сонячні батареї в цілому.

Короткий опис статті: будова сонячної батареї Ми часто пишемо про різні види альтернативної енергетики, в тому числі про сонячну. Цією статтею розпочинається цикл статей про альтернативна енергетика,сонячна батарея,принцип роботи

Джерело: Принцип роботи: Сонячні батареї. / Альтернативна енергетика / it works!

Також ви можете прочитати