Основы фотовольтаики

Фотовольтаика — метод выработки электрической энергии путем использования солнечных элементов (ФЭП) для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию. Процесс представляет собой прямое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию с помощью специальных полупроводниковых элементов – фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). В её физической основе лежит явление фотоэффекта – «вырывания» электронов из вещества (кремния) под действием частиц света (фотонов), обладающих необходимой энергией (длиной волны).

1. Поток фотонов
2. Проводники
3. Негативный слой
4. Слой PN-перехода
5. Положительный слой
6. Задний контакт

Принцип данного эффекта состоит в том, что поток фотонов, попадающие на полупроводниковую структуру с PN-переходом, поднимает электрон. Таким образом, создается два носителя электрического тока: свободный электрон и отверстие. Солнечные элементы (ФЭП) состоят из двух слоев. Верхний слой кремния является полупроводником типа N (электропроводность посредничеством электронов), нижний слой кремния является полупроводником типа Р (электропроводность посредством так называемых отверстий). Если в непосредственной близости PN-перехода проникает электрон, то происходит фотоэффект, и освобожденные электроны начинают переходить в верхний слой солнечного элемента. Электроны в нижнем слое элемента начинают перераспределяться из одного атома в другой так, чтобы заполнить свободные места. Свободные электроны в верхнем слое выводятся из элемента в электрическую цепь, в которую данный элемент встроен. Таким образом, мы получаем экологически чистую электрическую энергию без использования какого-либо сырья для ее производства. С целью повышения установленной мощности солнечные элементы, как правило, объединяют в модули – солнечные батареи. обладают модульной структурой, что позволяет создавать солнечные батареи различной мощности. В зависимости от количества солнечных элементов, их размеров и используемой технологии создаются модули с различными параметрами и характеристиками. Энергия солнца может быть использована для решения различных задач. В наше время, наиболее распространенным методом использования солнечной энергии является генерация электрической энергии с помощью солнечных модулей (солнечных батарей).

Солнечные модули генерируют электроэнергию, в основе этого процесса лежит фотоэлектрический эффект.

Для генерации электричества от солнца необходимо использовать готовый солнечный модуль, который состоит из нескольких (как правило, 36,60 или 72) солнечных элементов. При попадании на солнечный модуль солнечного света, материал солнечного элемента поглощает часть солнечного света (фотонов). Каждый фотон имеет небольшое количество энергии. Когда фотон поглощается, он начинает процесс освобождения электрона в солнечном элементе. Вследствие того, что обе стороны фотоэлектрического элемента имеют контакты, в цепи возникает ток, когда фотон поглощается. Солнечный элемент генерирует электричество, которое может быть использовано сразу или сохранено в аккумуляторной батарее.

При наличии дневного света будет происходить непрерывная генерация электричества. Современные технологии позволяют создавать солнечные модули со сроком эксплуатации более 25 лет, после чего мощность солнечного модуля падает в среднем на 20% от номинальной. Материалы, из которых делается элемент - это полупроводники с особыми свойствами. Качественный солнечный модуль, изготовленный с соблюдением всех требований в процессе производства, будет надежным, бесшумный и чистым экологически чистым источником энергии в течение многих лет.

Солнечная энергетика – наиболее перспективный вид альтернативной энергии на сегодняшний день. По сравнению с другими видами альтернативной энергии, солнечная энергетика имеет массу преимуществ. Прежде всего, для генерации электроэнергии солнечными модулями не требуется сырье и расходные материалы, для генерации требуется только солнечный свет. Автономные солнечные энергосистемы не имеют подвижных механизмов, что существенно повышает надежность в процессе эксплуатации. Солнечные модули не наносят вред окружающей среде и животным, в отличие от других видов альтернативной энергии. Использование солнечной энергии возможно в любой точке земного шара.

Сегодня солнечная энергетика получила широкое распространение за счет целого ряда преимуществ перед другими альтернативными источниками энергии. Солнечные модули все чаще используются для энергоснабжения частных домов. Кроме того,солнечные модули активно внедряются в централизованную сеть в рамках программ по энергосбережению, принятых в наиболее развитых странах. Солнечные батареи все чаще используются в автономных системах освещения (АСО).