Колись, за допомогою дзеркал, нагрівали воду, а зараз створюють цілі електростанції на сонячних батареях. Сонячні батареї - ефективні для отримання сонячної електроенергії, давайте розберемо принцип їх роботи.
Фотоелектричні перетворювачі сонячної енергії (ФЕП) - це повна назва сонячних батарей. Принципи їх роботи відомі більш 30 років, але активно впроваджуватися в побуті вони почали лише кілька років тому. Для того щоб правильно підібрати панелі для системи альтернативного забезпечення енергією, необхідно зрозуміти принцип їх роботи.
Сонячні батареї: Принцип роботи
ФЕП складаються з 2-х тонких пластин, які виготовлені з чистого кремнію та складені докупи. На 1-ну пластину наносять фосфор, а на 2-гу - бор. У шарах, які покриті бором, відсутні електрони, а в покритих фосфором шарах - виникають вільні електрони. Далі, електрони починають рух частинок (це відбувається під впливом сонячного світла), в результаті чого між ними утворюється електричний струм. Щоб з пластин зняти струм, їх пропаюють мідними тонкими смужками, обробленими спеціальним чином. Так, для зарядки маленького ліхтарика вам цілком вистачить 1-ї кремнієвої пластини. І чим більша буде площа ФЕП, тим більше енергії вони будуть генерувати.
Пластини, що спаяні між собою, кріплять на скло і ламінують плівкою (до речі, вони пропускають ультрафіолетові промені). Далі, скріплені між собою шари укладають в раму із алюмінію.
ККД сонячних батарей
Коефіцієнт корисної дії ФЕП залежить від декількох факторів і для традиційних сонячних батарей не перевищує 25 %, хоча зараз, використовуючи систему, яка стежить за сонцем, за допомогою якої можна досягти показника і в 40-50 %. Ця система влаштована так, щоб батарея поверталася в бік сонця. Площа сонячної батареї безпосередньо впливає на її потужність - перші сонячні батареї, з якими ми познайомилися, були в калькуляторах. Для забезпечення нагріву води буде потрібно мінімум шість панелей встановлених на даху.
Також ККД залежить від матеріалу модулів. Пластини виготовляють з монокристалічного, полікристалічного і аморфного кремнію та плівок. Найпоширеніші і самі популярні на сьогодні (завдяки доступній вартості) тонкоплівкові панелі. Вони зроблені з тих же матеріалів, але трохи легші, правда, програють по продуктивності. Максимальний ККД дорівнює 25 %.
Фотоелектричні системи
Для забезпечення житла енергією сонця одних панелей мало, для цього знадобиться фотоелектрична система (ФЕС). Такі системи бувають трьох типів:
- Автономні - для окремо розташованих приватних будинків, в нежитловий місцевості;
- З'єднані з електромережею - частина приладів живиться від ФЕС, а частина - від централізованої електромережі;
- Резервні - використовується тільки в разі відключення централізованого енергопостачання.
ФЕС будь-якого типу обов'язково складається з кабелів, контролера, інвертора і акумулятора.
Майбутнє сонячних батарей
За даними досліджень екологів і геологів, запасів нафти і газу залишилося ще років на 100. Джерела природної енергії (води, вітру і сонця) невичерпні.
У передових європейських країнах забезпечення новобудов альтернативною енергією - прямий обов'язок забудовників вже з 2007 року. У нашій країні ці проекти просуваються завдяки ентузіастам від екології, які збирають ФЕС вручну з підручних матеріалів. Але їх одиниці, оскільки самому зробити їх досить складно.