1. винахід
2. як влаштована
3. Сила струму
4. Елементи для поліпшення роботи
5. Переваги і недоліки
6. Використання сонячної енергії в світі

Уже майже два століття людство напружено думає, де і як дістати необхідну кількість електричної енергії для своїх численних винаходів і зростаючих потреб.

За цей час з'явилися могутні електростанції, масштабні ГЕС, сила розщепленого атома і міць бурхливих річок прийшла на допомогу людству.

Особливо стрімко розвиваються в різних регіонах Землі в останні десятиліття такі альтернативні джерела енергії, як вітрові станції і сонячні батареї.

З огляду на, що згасання Сонця очікується лише через 4-5 млрд. Років, таке джерело енергії, як сонячні батареї можна вважати невичерпним. Поговоримо про нього. Що це таке, звідки взялося і як влаштовано.

винахід

Інсолятор О. Мушо Першим, хто зміг експериментально виявити взаємодію між світлом і електричною енергією, був знаменитий німецький фізик Генріх Герц. Також відомо, що явище, аналогічне відкритого пізніше фотоефекту спостерігав і досліджував в 1839 р Едмон Беккерель.

Він зумів з'ясувати, що ультрафіолет значно сприяє виникненню і проходженню розряду між двома провідниками електричної енергії. Однак, провівши ряд експериментів, Герц не став більше розвивати цю тему.

Першу в світі, працездатну схему з вироблення і передачі електричної енергії із застосуванням променів світла на присутніх справив російський вчений з Москви Олександр Столетов. Він створив прообраз першого в світі фотоелемента.

Француз Огюст Мушо в кінці позаминулого століття зумів створити систему, при якій сфокусовані і перетворені сонячні промені приводили в рух друкарську машину.

Розвиток досліджень по перетворенню сонячної енергії в електричну в 20 столітті ознаменувалося роботою А. Ейнштейна по відкриттю фотоефекту (явище відривання заряджених частинок від поверхні деякого речовини, що знаходиться під дією іншої речовини або світла).

Це призвело до появи перших фотоелементів на основі селену (Se - 34), а потім і талію (Tl - 81). У 1930 рр. вченими-фізиками Академії наук СРСР було створено мідно-талієвої (Cu-Tl) фотоелемент з найбільшим для тих часів ККД в 1%.

З'явилися пізніше фотоелементи на основі кремнію (Si-14) мали в 6 разів більший ККД. У 1953 р була розроблена перша в світі сонячна батарея. Лише через 5 років вчені СРСР встановили перші сонячні батареї на штучний супутник Землі №3.

Третій штучний супутник Землі (СРСР, 15 травня 1958 г.) з сонячними батареями. У 1970-х рр. минулого століття вчені з'ясували, що напівпровідники краще багатьох металів утворюють електричний струм зі світла. З тих пір з'явилося безліч нових видів і матеріалів для виробництва сонячних батарей.

Саме відкриття фотоефекту, вироблене А. Ейнштейном, і призвело до виникнення і розвитку індустрії сонячних батарей.

як влаштована

Система СБ Отже, сонячна батарея - система взаємопов'язаних елементів, структура яких дозволяє, використовуючи принцип фотоефекту, перетворювати потрапляє на них під певним кутом сонячне світло в електричний струм.

Система, яка перетворює сонячне світло в електричну енергію складається з наступних комплектуючих елементів:

1. Матеріал-напівпровідник (щільно суміщені два шари матеріалів з різною провідністю). Це може бути, наприклад, монокристаллический або полікристалічний кремній з додаванням інших хімічних сполук, що дозволяють отримати потрібні для виникнення фотоефекту властивості.

   Для виникнення переходу електронів з одного матеріалу в інший необхідно, щоб один з шарів мав надлишок електронів, а інший - їх недолік. Перехід електронів в область з їх недоліком називають pn переходом.

2. Найтонший шар елемента, що протистоїть переходу електронів (розміщується між цими шарами).
3. Джерело електроживлення (якщо його підключити до протистоїть шару, електрони зможуть легко долати цю запірну зону). Так виникне впорядкований рух заражених частинок, іменоване електричним струмом.
4. акумулятор (Накопичує і зберігає енергію).
5. контролер заряду .
6. Інвертор-перетворювач (Перетворення одержуваного від сонячної батареї постійного електричного струму в змінний струм).
7. Стабілізатор напруги (призначений для створення напруги потрібного діапазону в системі сонячної батареї).

Схема роботи сонячної панелі Фотони світла (сонячне світло), що потрапляють на поверхню напівпровідника при зіткненні з його поверхнею передають свою енергію електронам напівпровідника. Вибиті внаслідок удару з напівпровідника електрони долають захисний шар, маючи додаткову енергію.

Таким чином, негативні електрони залишають p-провідник, переходячи в провідник n, позитивні - навпаки. Такому переходу сприяють існуючі в провідниках на той момент електричні поля, які в наслідок збільшують силу і різниця зарядів (до 0.5 В в невеликому провіднику).

Маючи намір придбати сонячну батарею або виготовити її, ретельно прорахуйте:

• вартість такої батареї і необхідного устаткування;
• необхідне вам кількість електричної енергії;
• кількість необхідних вам батарей;
• число сонячних днів в році в вашому регіоні;
• необхідну вам площа для установки сонячних батарей.

Сила струму

Сила електричного струму в сонячному елементі залежить від таких факторів, як:

Елементи для поліпшення роботи

СБ на сонячному трекері Для організації більш ефективної роботи фотоелементів в конструкції сонячної батареї використовують діод Шотткі.

Він являє собою діод напівпровідникового типу, який має менше в порівнянні з іншими конструкціями падіння напруги при включенні безпосередньо.

Він працює на основі використання переходу pn типу в середовищі "метал-провідник". Порівняння з кремнієвими діодами показує, що пряме напруга знижується в середньому з 0,65 В до 0,35 В, що сприяє зростанню ККД системи.

Для більш ефективного попадання сонячного світла на поверхню батареї розроблено і використовується спеціальний пристрій - сонячний трекер. Цей пристрій призначений для спостереження за рухом Сонця і повороту сонячної панелі (Батареї) таким чином, щоб на її поверхню потрапляло якомога більше сонячних променів (оптимізація кута падіння променів).

Для більш раціонального поєднання двох і більше панелей сонячних батарей і отримання потрібного опору в такій системі використовуються спеціальні сертифіковані коннектори, наприклад МС4 Т (male + female).

Переваги і недоліки

Позитивними рисами даного виду вироблення енергії є:

Мінусами системи є:

• складність складання самої системи і налагодження її роботи;
• низький ККД (потрібно дуже велика площа сонячних батарей для забезпечення потреб навіть невеликої сім'ї. Для 3-4 чол, які споживають 200 Кв в місяць, потрібно 12-15 кв. метрів батарей);
• досить висока вартість і низька окупність системи.

Використання сонячної енергії в світі

Комплекс сонячних батарей в Німеччині Багато держав всерйоз задумалися про масштабне виробництві та використанні сонячної енергії.

Лідерами з виробництва енергії за допомогою сонячних батарей є США, Японія і Німеччина.

Виробництво сонячної енергії отримує свій розвиток і в Росії.

В даний час в РФ вже побудовано таку кількість установок з виробництва сонячної енергії:

• Краснодарський край - 46 од .;
• Дагестан - 8 од .;
• Ставропольський край - 2 од .;
• Бурятія, Хабаровський край, Костромська область - по 1 од.

Бурхливий розвиток даної галузі в усьому світі залишає надію на те, що в майбутньому цей невичерпне джерело екологічної енергії стане основним для населення планети.

Дивіться відео, в якому детально розповідається про пристрій і виробництві сонячних панелей: