Використання енергії сонця приділяється все більше уваги на планеті. Багато країн заохочують її застосування не тільки в промислових масштабах, а й у приватному секторі.
Основним елементом, що дозволяє отримувати електроенергію від сонця, є певні панелі, які складаються з спеціально розроблених для цього фотоелементів. Якраз сонячним батареям присвячена ця стаття. У ній ми розглянемо: як вони влаштовані, для чого потрібні, скільки енергії можна отримати завдяки їм і чи можливо їх зробити власними руками.
Сонячна батарея — як влаштована
Найбільш поширеним елементом, який важливий при створенні сонячних батарей, є кремній. Крім нього для виробництва цих джерел енергії, застосовують: селеніди міді, Галій, Індій, телурид кадмію. Використання цих елементів дозволяє зробити більш стійким вони до температурних перепадів. При виготовленні сонячних панелей використовують різні технології, найбільш поширеними є:
- Полікристалічна;
- Монокристалічна.
Остання вважається менш витратною і інноваційною, що дає можливість виробляти елементи, які перетворюють випромінювання світла більш дешевше. Незважаючи на досить-таки значний період існування сонячних панелей принцип їх дії залишився незмінним. Модернізація торкнулася лише матеріалів і конструктивних особливостей. Це дозволило істотно збільшити ККД пристрою і поліпшити показник фотоелектричного перетворення. Слід враховувати, що на величину напруги і вихідного струму панелі впливає не тільки її площа, але і безпосередньо зовнішня освітленість, чим вона більша, тим ці показники кращі. Цього домагаються, монтуючи групи модулів, в основі яких лежать сонячні осередки на спеціально розроблені поворотні механізми. Що дозволяє розгортати сонячні панелі слідом руху небесного джерела світла.
Принцип роботи цього пристрою багатьом знайомий зі школи, він заснований на перетворенні світла в електрику p-n переходом. Проведені на уроках досліди наочно демонстрували як світло, спрямоване на транзистор, верхня кришка якого була відсутня, ініціював виникнення мінімальних електричних хвиль. Щоб домогтися стабільного напруги потрібно зробити площу p-n переходу значно більше. Тому в структурі фотоелектричного перетворювача використовується разом з вищеописаним p-n переходом ще й два спеціальних електрода які дозволяють знімати виникаючу вихідну напругу.
Скільки енергії виробляють різні сонячні батареї
Як уже згадувалося вище, потужність вироблюваної сонячною панеллю енергії залежить від багатьох факторів: конструкції, використовуваного матеріалу, площі, рівня освітленості. В погожий день, влітку, без хмар на поверхню рівну 1 квадратному метру припадає приблизно 1 кВт потужності випромінювання сонця. Але в дні, коли хмари закривають все небо цей показник може опускатися до 100 Вт, тому для розрахунків візьмемо середнє значення в 500 Вт.
Найбільш мінімальним КФД в 5% мають органічні фотоелементи. Потім йдуть фотохімічні і аморфні елементи з 10% фотоелектричного перетворення. Відповідно один квадратний метр таких панелей, стане виробляти відповідно 25 і 50 Вт.
Найбільш вживаними стали фотоелементи на основі напівпровідників, виготовлених з кремнію. Їх розрахунковий КФД коливається від 20 до 25 відсотків. Що дозволяє такий метрової панелі видавати до 125 Вт потужності.
Елементи, виготовлені з арсеніду галію, займають перше місце за своїми показниками. Такі сонячні батареї дозволяють виробляти до 150 Вт з 1 м2, так як їх показник фотоелектричного перетворення перевищує 30%.
Що можуть сонячні батареї, і яке у них майбутнє
Застосування сонячних батарей, з кожним роком, ставати все більш популярним. Вони знаходять застосування не тільки в електрифікації дачі або житлового будинку, але і в багатьох інших сферах. Почнемо з космосу. Тут використання сонячних панелей давно стало нормою: вони забезпечують енергією різні теле-, радіо-, GPS-супутники, МКС і інші космічні апарати. Більшість інноваційних матеріалів і технологій першими проходять випробування на земній орбіті, а вже потім знаходять застосування в побуті.
Для економії електроенергії можливості фотоелектронних перетворювачів використовуються на вулицях багатьох міст:
- Штучні дерева з такими панелями дозволяють виробляти енергію для освітлення вулиць, роздачі Wi-Fi, підзарядки телефонів.
- Установка фотоелементів дозволяє автономно працювати терміналів, вивісок, світлофорів та іншим об’єктам інфраструктури.
- Інтеграція сонячних батарей в дорожнє покриття. Замінюючи асфальтове покриття спеціальними панелями можна не тільки виробляти додаткову електроенергію, але і використовувати її для інших цілей: підсвічування дорожніх об’єктів, відведення і очищення стічних вод, розтоплення снігу та інше.
У медицині фотоелементи знайшли своє застосування. Щоб постійно не міняти батарейки на різних імплантах, там використовують акумулятори, які заряджаються від пластин імплантують під шкіру. За підсумком фотоелектронні перетворювачі стають затребувані буквально всюди.
Чи можна самому зробити сонячні батареї
При великому бажанні виготовити сонячну панель можна самостійно. Для цього необхідно правильно:
- Розрахувати необхідну для живлення всіх приладів вихідну потужність;
- Вибрати з відповідним КФП фотоелементи;
- Виготовити каркас;
- При необхідності провести пайку;
- Зібрати елементи в одну панель;
- Здійснити їх герметизацію;
- Встановити на вибране місце.
Це все не потребуює спеціальних навичок, головне, не бояться.
Підсумок
Сонячна енергетика все більше завойовує прихильників. Розвиток цих технологій здешевлює матеріали і збільшує ККД сонячних батарей. Їх застосування в різних сферах дає надію, що люди, нарешті, перестануть отруювати земну атмосферу, що відповідно позитивно позначиться на їхньому здоров’ї.