Солнечные батареи, как устроены и их будущее

Использованию энергии солнца уделяется всё больше внимание на планете. Многие страны, как например США, поощряют её применение не только в промышленных масштабах, но и в частном секторе. Основным элементом, позволяющим получать электроэнергию от солнца, являются определенные панели, которые состоят из специально разработанных для этого фотоэлементов. Как раз солнечным батареям посвящена эта статья. В ней мы рассмотрим: как они устроены, для чего нужны, сколько энергии можно получить благодаря им и возможно ли их сделать собственными руками.

Солнечная батарея — как устроена

Наиболее распространенным элементом, который востребован при создании солнечных батарей, является кремний. Кроме него для производства этих источников энергии, применяют: селениды меди, Галлий, Индий, теллурид кадмия. Использование этих элементов позволяет сделать более устойчивым это изделие к температурным перепадам. При изготовлении солнечных панелей используют разные технологии, наиболее распространёнными являются:

• Поликристаллическая;
• Монокристаллическая.

Последняя считается менее затратной и инновационной, что дает возможность производить элементы, преобразующие излучение света более дешевле. Несмотря на довольно-таки значительный период существования солнечных панелей принцип их действия остался неизменным. Модернизация затронула лишь материалы и конструктивные особенности. Это позволило существенно увеличить КПД устройства и улучшить показатель фотоэлектрического преобразования. Следует учитывать, что на величину напряжения и выходного тока панели влияет не только её площадь, но и непосредственно внешняя освещённость, чем она больше, тем эти показатели лучше. Этого добиваются, монтируя группы модулей, в основе которых лежат солнечные ячейки на специально разработанные поворотные механизмы. Что позволяет разворачивать солнечные панели вслед движению небесного источника света.

Принцип работы этого устройства многим знаком со школы, он основан на преобразовании света в электричество p-n переходом. Проводимые на уроках опыты наглядно демонстрировали как свет, направленный на транзистор, верхняя крышка которого отсутствовала, инициировал возникновение минимальных электрических волн. Чтобы добиться стабильного напряжения всего-то и нужно – сделать площадь p-n перехода значительно больше. Поэтому в структуре фотоэлектрического преобразователя используется вместе с вышеописанным p-n переходом ещё и два специальных электрода которые позволяют снимать возникающее выходное напряжение.

Сколько энергии вырабатывают различные солнечные батареи

Как уже упоминалось выше, мощность вырабатываемой солнечной панелью энергии зависит от многих факторов: конструкции, используемого материала, площади, уровня освещенности. В погожий день, летом, без облаков на поверхность равную 1 квадратному метру приходится приблизительно 1 кВт мощности излучения солнца. Но таких дней немного, когда тучи закрывают всё небо этот показатель может опускаться до 100 Вт, поэтому для расчётов возьмём усредненное значение в 500 Вт.

Наиболее минимальным КФД в 5% обладают органические фотоэлементы. Затем идут фотохимические и аморфные элементы с 10% фотоэлектрического преобразования. Соответственно один квадратный метр таких панелей, станет вырабатывать соответственно 25 и 50 Вт.

Наиболее применяемыми стали фотоэлементы на основе полупроводников, изготовленных из кремния. Их расчётный КФД колеблется от 20 до 25 процентов. Что позволяет такой метровой панели выдавать до 125 Вт мощности.

Элементы, изготовленные из арсенида галлия, занимают первое место по своим показателям. Такие солнечные батареи позволяют вырабатывать до 150 Вт с 1 м2, так как их показатель фотоэлектрического преобразования превышает 30%.

Что могут солнечные батареи, и какое у них будущее

Применение солнечных батарей, с каждым годом, становиться всё более популярным. Они находят применение не только в электрификации дачи или жилого дома, но и во многих других сферах. Начнем с космоса. Здесь использование солнечных панелей давно стало нормой: они снабжают энергией различные теле-, радио-, GPS-спутники, МКС и прочие космические аппараты. Большинство инновационных материалов и технологий первыми проходят испытания на земной орбите, а уже потом находят применение в быту.

Для экономии электроэнергии возможности фотоэлектронных преобразователей используются на улицах многих городов:

• Искусственные деревья с такими панелями позволяют вырабатывать энергию для освещения улиц, раздачи Wi-Fi, подзарядки телефонов.
• Установка фотоэлементов позволяет автономно работать терминалам, вывескам, светофорам и прочим объектам инфраструктуры.
• Интеграция солнечных батарей в дорожное покрытие. Заменяя асфальтовое покрытие специальными панелями можно не только вырабатывать дополнительную электроэнергию, но и использовать её для иных целей: подсветки дорожных объектов, отводу и очищению сточных вод, растапливанию снега и прочее.

В медицине фотоэлементы нашли своё применение. Чтобы постоянно не менять батарейки на различных имплантах, там используют аккумуляторы, подзаряжающиеся от пластин вживляющихся под кожу. По итогу фотоэлектронные преобразователи становятся востребованы буквально везде.

Можно ли самому сделать солнечные батареи

При большом желании изготовить солнечную панель можно самостоятельно. Для этого необходимо правильно:

• Рассчитать необходимую для питания всех приборов выходную мощность;
• Выбрать с соответствующим КФП фотоэлементы;
• Изготовить каркас;
• При необходимости провести пайку;
• Собрать элементы в одну панель;
• Осуществить их герметизацию;
• Установить на выбранное место.

Это все не потребует специальных навыков, главное, не боятся.

Итог

Солнечная энергетика всё больше завоёвывает поклонников. Развитие этих технологий удешевляет материалы и увеличивает КПД солнечных батарей. Их применение в различных сферах даёт надежду, что люди, наконец, перестанут отравлять земную атмосферу, что соответственно положительно отразится на их здоровье.