- Історія відкриття сонячних батарей
- Принцип роботи і пристрій сонячної батареї
- Типи сонячних батарей
- Області застосування сонячних панелей
Прилади, службовці для перетворення електроенергії з сонячних променів, в народі називають сонячними батареями. По суті, такі електрогенератори працюють поки світить сонце, а значить таке джерело енергії є практично невичерпним.
Історія відкриття сонячних батарей
Олександр Едмон Беккерель
У XIX столітті (1839 рік) у віці 12 років, французький природознавець Олександр Едмон Беккерель побачив фотогальванічний ефект, працюючи в лабораторії свого батька Антуана Беккереля. Суть ефекту полягав у тому, що при висвітленні платинових пластин, які перебувають в розчині електроліту, гальванометр зареєстрував поява ЕРС (електрорушійна сила). Взявши за основу цей ефект, Беккерель спроектував актінограф - прилад для реєстрації інтенсивності світла.
Віллоубі Сміт
Подальшим кроком на шляху до сонячних батарей стало відкриття фотопровідності селену. Його здійснив Уіллобі Сміт, англійський інженер-електрик, який займався розробкою ізоляції підводних кабелів. У 1873 році він виявив, що електричний опір сірого селену сильно «стрибає» від виміру до виміру. Виявляється електропровідність стрижнів з селену стрімко зростає при попаданні на світла. А в 1883 році американець Чарльз Фрітс справив перший фотоелемент з тонкого шару селену, що знаходиться між пластинами золота і міді.
Генріх Герц
Німецький фізик Генріх Герц в 1887 році виявив вплив сонячного випромінювання на електричний розряд. Дивлячись одночасно 2 розряду, Герц зазначив, що яскравий спалах світла від електричної іскри 1-го розряду підвищує тривалість іншого розряду.
Олександр Григорович Столєтов
У 1888 році наш земляк Олександр Григорович Столєтов вивчив, як розряджається під впливом освітлення негативно заряджений цинковий електрод і як цей процес залежить від інтенсивності світла.
Завдяки роботам англійського фізика Джозефа Томсона в 1899 році і німецького фізика Філіпа Ленарда в 1900 році було підтверджено, що світло, потрапляючи на металеву поверхню, вибиває з неї електрони, викликаючи виникнення фотоструму. Але цілком зрозуміти єство даного явища вийшло в 1905 році, коли Альберт Ейнштейн надав його роз'яснення з позиції квантової теорії.
Джозеф Томсон (зліва) і Філіп Ленард (праворуч)
Широке застосування сонячних модулів почалося з 1946 року, після того як роботи по збільшенню продуктивності приладів були запатентовані. А в 1957 році сонячні батареї вже були запущені в космічний простір в складі штучного супутника землі. Даний політ продемонстрував, що робота сонячних батарей здатна не тільки забезпечувати енергією супутники, а вважається єдиним можливим джерелом харчування для безперебійної роботи таких автономних пристроїв в космосі.
Принцип роботи і пристрій сонячної батареї
Пристрій і принцип дії сонячної батареї
На сьогоднішній день сонячні перетворювачі виробляються в більшості випадків з кремнію. Відрізняють 2 види передових технологій, на базі яких функціонують батареї: полікристалічна і монокристалічна.
Полікристалічна за вартістю нижче, завдяки чому не особливо ефективна технологія.
Монокристалічна за вартістю вище, ціна якої залежить від трудомісткою технології виготовлення, а точніше вирощування монокристалів. Вона надає більше кількості електроенергії й експлуатаційний ресурс її істотно більше. Завдяки цьому, монокристаллический сонячний модуль є найбільш кращим для використання його в повсякденному житті.
Робота сонячного елемента пов'язана з його пристроєм. Складається він з кремнієвих зовнішніх пластин, з різними властивостями провідності, і внутрішнього шару чистого монокристалічного кремнію. Внутрішній шар має встановлену дірковий провідність. Один з зовнішніх провідників тонше протилежної шару і покритий особливим шаром, що створює цілісний металевий контакт.
При попаданні на один з зовнішніх шарів сонячного світла створюється фотогальванічний ефект, що призводить до формування в цьому шарі вільних електронів. Дані частки отримують допоміжну енергію і здатні подолати внутрішній шар елемента, який в даному випадку іменується бар'єром. Чим більше обсяг сонячного світла, тим сильніше відбувається процес проходження або перестрибування електронів від однієї зовнішньої пластини до іншої, минаючи внутрішню перегородку. При замиканні зовнішніх пластин виникає напруга. Та пластина, яка посилено віддає частки, створює в собі так звані дірки, знаходить знак мінус, а яка приймає, знаходить знак плюс.
Типи сонячних батарей
На сьогоднішній день на ринку присутні 5 видів сонячних батарей в яких використовуються різні матеріали і фотоелементи.
Максимальну популярність придбали сонячні батареї з полікристалічних фотоелементів. Результативність подібних панелей зазвичай становить 12-14%.
Полікристалічна сонячна батарея
Панелі з монокристалічних фотоелементів характеризуються найбільш великим коефіцієнтом корисної дії (14-16%). Подібні панелі трошки дорожче, ніж панелі з полікристалічного кремнію. Так само фотоелементи виконані у вигляді багатокутника і через цього не цілком наповнюють простір сонячної батареї, що призводить до найбільш низьку продуктивність всієї батареї по відношенню до одного осередку фотоелемента.
Монокристалічна сонячна батарея
Сонячні батареї з аморфного кремнію мають у своєму розпорядженні мінімальної результативності (6-8%), проте в той же час володіють низькою собівартістю виробленої енергії.
Сонячна батарея з аморфного кремнію
Сонячні батареї на основі теллурід Кадмію (CdTe) зовні зображують тонкопленочную технологію виготовлення сонячних панелей. Напівпровідникові шари покривають панель товщиною всього в декілька сотень мікрон. Розробка вважається найменш небезпечним для навколишнього середовища. Результативність сонячних батарей CdTe становить приблизно 11-12%.
Сонячна батарея на основі теллурід Кадмію (CdTe)
Сонячні батареї в складі яких присутні суміші Індія, Галлія, Меди, Селена (CIGS) так само вважаються тонкопленочной технологією виготовлення фотоелементів. Ефективність коливається приблизно від 10 до 15%. Така технологія не особливо поширена на ринку, але вельми швидко майорить.
Сонячні батареї на основі суміші Індія, Галлія, Меди, Селена (CIGS)
Області застосування сонячних панелей
- Портативна електроніка. Для постачання електрикою і (або) підзарядки акумуляторних батареї різної побутової електроніки.
- Електромобілі. Підзарядка автотранспорту.
- Авіація. Розробка літака, що використовує лише енергію сонця.
- Енергозабезпечення будівель. Електропостачання будинку, за рахунок розміщення великих сонячних батарей на дахах.
- Енергозабезпечення населених пунктів. Створення сонячних електростанцій.
- Дорожне покриття. Дороги, вкриті сонячними панелями, для висвітлення їх же в нічний час.
- Використання в космосі. Електропостачання космічних апаратів.
- Використання в медицині. Впровадження під шкіру мініатюрну сонячну батарею для забезпечення роботи приладів, імплантованих в тіло.
Переваги та недоліки сонячних джерел енергії
переваги:
- Екологічно чиста енергія;
- Невичерпність і сталість сонячної енергії;
- Мінімум обслуговування;
- Тривалий термін служби;
- доступність;
- економічність;
- Велика область застосування.
недоліки:
- Висока ціна панелей;
- Нерегулярність через погодні умови;
- Висока ціна акумуляторних батарей для акумулювання енергії;
- Для більшої потужності необхідно встановлювати великі площі сонячних панелей.
Таким чином, аналізуючи все вищесказане, можна відзначити, що в даний момент отримати вигоду від сонячної енергії можуть лише досить багаті власники заміських будинків. Вони можуть без проблем дочекатися того етапу, коли батареї окуплять себе.