⚡Технические решения. 🚗Доставка по Украине. ⌚Монтаж, техобслуживание, сопровождение. ☎ 044-228-9395(97), 093-000-1222

Устройство солнечной батареи: основной принцип работы

Posted by admin100 30.05.2017 0 Comment(s) ИБП,Альтернативная энергетика,Электрика и освещение,Другое оборудование,

Принцип работы солнечной батареи

Угроза энергетического кризиса остается актуальной: традиционные источники энергии могут достаточно быстро закончиться, если человечество не сумеет найти другой более эффективный источник. Одним из популярных направлений альтернативной энергетики является создание солнечных батарей, способных преобразовывать энергию солнечного света в электричество. Устройство солнечной батареи продолжает совершенствоваться: всего за последние несколько лет мировая наука разработала несколько принципиально новых элементов, позволяющих улавливать значительно больше энергии и повысить КПД процесса.

Принцип устройства солнечной батареи

Для начала рассмотрим сам принцип устройства солнечной батареи, с помощью которого она способна воспринимать и преобразовывать световое излучение. Первые опыты по установлению связи между энергией солнца и электричеством начал проводить немецкий физик Генрих Герц, однако его идеи далеко не сразу нашли практическое применение. Прообраз первого фотоэлемента создал ученый Александр Столетов, первый рабочий фотоэлемент смогли разработать ученые Академии наук СССР только в 1930-х годах: его КПД составлял всего 1%, но уже через несколько лет производительность смогли увеличить 6 раз. Первую работающую солнечную батарею создали в 1953 году, и уже через 5 лет такие батареи были установлены на космический аппарат. Это событие можно по праву считать прорывом в мировой солнечной энергетике. Любая солнечная батарея представляет собой систему взаимосвязанных элементов:

  • Полупроводник. Он представляет собой двухслойный материал, слои которого отличаются по проводимости. Чаще всего для получения фотоэффекта применяется монокристаллический либо поликристаллический кремний. Разная проводимость нужна для перехода электронов: под воздействием фотоэффекта они начинают перемещаться от одного слоя к другому.
  • Между слоями полупроводника размещается тонкий переходный слой, который препятствует движению электронов.
  • Источник питания. После его подключения электроны свободно преодолевают запорную зону, в результате чего начинается их упорядоченное движение, которое и называют электротоком.</li> <li>Аккумулятор, накапливающий полученную энергию, и инвертор заряда, который должен преобразовать полученный постоянный ток в переменный. Кроме того, система солнечной батареи комплектуется стабилизатором напряжения.

Для активации процесса выработки электричества необходим поток фотонов, который и представляет собой солнечный свет, Фотоны передают электронам свою энергию, в результате чего те начинают движение и преодолевают запорный барьер. Электрические поля, возникающие в процессе работы, усиливают активность электродов и повышают разницу заряда.

Современные технологии и материалы для изготовления батареи

Схема устройства солнечных батарей практически одинакова, однако ее производительность зависит от используемых материалов. Основной материал, используемый в большинстве солнечных батарей – кристаллический кремний: это достаточно дорогое решение, но оно остается самым востребованным во всей мировой солнечной энергетике. Кристаллический кремний делится на два основных типа, различающихся по техническим характеристикам:

  • Монокристаллический кремний. Он производится с помощью тигельного метода, выращивание кристаллов кремния по технологии практически не отличается от выращивания обычного кристалла поваренной соли. Круглый кристалл нарезается на пластинки, которые в дальнейшем превращаются в элементы батареи, улавливающие солнечный свет. Полученные ячейки имеют форму квадрата с обрезанными углами, большое количество «обрезков» снижают эффективность производства.
  • Поликристаллический кремний – более дешевый в производстве материал, представляющий собой совокупность нескольких кристаллов, объединенных единой решеткой. Такой материал чуть менее эффективен, чем монокристаллический, но из-за большей доступности в производстве он становится все более распространенным.
  • Еще одним вариантом является ленточный кремний, представляющий собой разновидность поликристаллического кремния. Он получается путем наплавления нескольких слоев, в результате чего образуется прочная решетка, не требующая дополнительной распиловки.
  • Производство ленточного кремния – самый дешевый способ, поэтому его ожидает более широкое применение в изготовлении солнечных батарей. Однако у всех кремниевых батарей есть важный минус: кремний имеет невысокий коэффициент поглощения, поэтому для эффективных батарей приходится изготавливать толстые пластины, а они обходятся достаточно дорого.

Тонкопленочные солнечные батареи

Для уменьшения стоимости производства и повышения эффективности применяются тонкопленочные материалы. Для этого применяются специальные прямозонные проводники на основе теллурида кадмия: они способны улавливать солнечный свет даже в пасмурную погоду, что позволяет использовать солнечные батареи для получения электроэнергии в любое время года. Основная проблема этого метода: кадмий является редкоземельным токсичным элементом со сложной добычей и утилизацией. Из-за этого изготавливать солнечные батареи такого типа могут только крупные производители. Относительно новым изобретением на рынке солнечных батарей являются соединения на основе Cu(InGa)Se2 – меди, галлия, индия и селена. Их КПД достигает 20%, что значительно выше других видов солнечных батарей, но из-за высокой стоимости компонентов производством таких изделий сейчас занимается только одно японское предприятие, и перспективы внедрения метода пока под вопросом. Устройство солнечных батарей продолжает совершенствоваться, и это направление альтернативной энергетики остается одним из наиболее перспективных. Солнечный свет – это неисчерпаемый источник, и он в дальнейшем может решить проблему мирового энергетического кризиса и полностью изменить земную цивилизацию.

Write a Comment

Link to This Pageqrcode