Устройство солнечной батареи

Устройство солнечной батареи

Солнечная батарея представляет собой один из генераторов альтернативных видов энергии, который превращает солнечное электромагнитное излучение в электричество.

В связи с устройством системы следует также дать определение понятию фотоэлементов. Фотоэлементы, фотоэлектрические преобразователи - полупроводниковые устройства, прямо преобразующие энергию солнца в электрическую. Несколько фотоэлементов, соединенных цепью, и называют солнечной батареей.

На сегодняшний день можно выделить несколько типов солнечных батарей:


  • маломощные солнечные батареиМаломощные устройства обладают небольшой площадью фотомодулей и при этом характеризуются довольно высокой ценой. Обычно их используют для подзарядки КПК, мобильных телефонов и так далее. Стоит отметить, что воспринимаются они более, как игрушка, статусный гаджет, нежели как батарея;
  • Панели солнечных элементов, как правило, представляют собой комплект фотопластин, закрепленных на основании. Фактически, такие батареи представляют собой заготовку для более практичных, сложных устройств на основе данных конструкций;
  • устройство солнечной батареи Системы универсального типа изготавливаются для энергоснабжения потребителей в полевых условиях. Если речь идет об импортных батареях, то стоит отметить отличный дизайн, высокий уровень качества изготовления. Кроме того, такие устройства, как правило, комплектуются переходниками и характеризуются вполне доступной стоимостью. Отечественные же солнечные батареи могут быть как полусерийными, так и заводскими. Уровни качества и цен могут варьироваться в довольно широком диапазоне, поэтому, покупая устройства российского производства, стоит каждую рассматривать индивидуально. Батареи универсального типа пользуются особой популярностью среди туристов.

Работа солнечных элементов основывается на явлении внутреннего фотоэффекта, которое впервые было исследовано в 1839 году Эдмоном Беккерелем. Впоследствии это открытие в 1837 году продолжило свое развитие, когда Улиллоуби Смит обнаружил аналогичный эффект при облучении селеновой пластины светом. Однако лишь в начале 50х годов двадцатого века солнечные элементы достигли высокого уровня развития благодаря открытию и распространению новых материалов.

Энергию, вырабатываемую солнечной батареей можно сохранять в разных формах:

  • как тепловую энергию в тепловых аккумуляторах;
  • как потенциальную энергию воды в резервуарах;
  • как химическую энергию в электрохимических аккумуляторах;
  • как кинетическую энергию сжатого воздуха или вращающихся масс.

Для  солнечных батарей более всего подходят электро-аккумуляторы, т.к. эти батареи производят электроэнергию, а потребитель использует электроэнергию, которая и запасается в аккумуляторе.

Устройство солнечной батареи, то есть, простейшего фотоэлемента, а также основные принципы действия этого устройства таковы: мы имеем обычный полупроводник - две пластины, соединенные друг с другом. Обе пластины сделаны из кремния при добавлении в каждую определенных примесей, что позволяет получать элементы с необходимыми свойствами. Таким образом, первая пластина характеризуется избытком валентных электронов (слой n), в то время как вторая пластина, наоборот, характеризуется недостатком электроном (слой p).

На границе соприкосновения этих пластин существует так называемая зона запирающего слоя. Данная зона противодействует с помощью своих электрических полей переходу избыточных электронов с одной пластины в другую, из слоя n в слой p, где электронов не хватает. Кстати, места с отсутствующими электронами принято называть дырками.

Если к подобному полупроводнику подключить внешний источник питания (+/p, -/n), то внешнее электрическое поле сможет заставить электроны преодолеть запирающую зону, и, соответственно, через проводник потечет электрический ток.

Что-то подобное происходит и при воздействии на полупроводник солнечного излучения: фотон света влетает в слои n и p, передавая свою энергию электронам, разбивая атом на электроны и протоны. После этого электроны с полученной энергией могут свободно преодолеть запирающий слой полупроводника, переходя из слоя p в слой n, а дырки (места отсутствующих электронов), наоборот, переходят из слоя n в слой p.

Данным переходам также способствуют электрические поля, которые как бы втягивают в себя: одни - дырки, другие - электроны. В итоге, слой n приобретает дополнительный отрицательный заряд, в то время, как слой p - положительный. В результате в проводнике получается разность потенциала между двумя пластинами, о,5 В. В солнечном элементе сила электрического тока меняется пропорционально количеству захваченных фотоэлементов фотонов поверхностью. Данный показатель зависит от множества дополнительных факторов - это и площадь фотоэлемента, и интенсивность светового излучения, и КПД устройства, и время эксплуатации и многое другое.

Устройство солнечной батареи позволяет говорить о том, что данные системы не могут выдавать сверхбольшие мощности и занимать при этом для своей работы малые площади. На один квадратный метр мощность потока излучения составляет порядка 1350 Вт, не учитывая атмосферную потерю.

Кроме того,  солнечные батареи не могут работать беспрерывно, так как на смену дню (свету) приходит ночь. И, наконец, для поддержания постоянных и необходимых значений основных параметров - напряжения и силы тока, необходимо использовать дополнительные устройства, такие как аккумуляторы, стабилизаторы и так далее.

Однако в качестве дополнительного альтернативного источника электроэнергии, солнечные батареи вполне сгодятся. Это отличный вариант для тех мест, где нет возможности подключиться к городской электромагистрали и где нужны небольшие мощности. При объединении работы электрического аккумулятора и принципа работы солнечного элемента, можно получить полностью автономную систему электроснабжения, которую можно использовать в районах с потребностями в малых электрических мощностях и с хорошей освещенностью.

Видео от Discovery Channel


-->