Принцип дії сонячних батарей

Сьогодні нікого не здивуєш сонячними панелями. Вони встановлені у численних приладах, на автомобілях, дахах будинків та на землі. А ви коли-небудь задумувалися: "Який у них принцип дії?". Якщо ні, то читайте далі. Ми коротко його розглянемо. Ну а детальніше про це можна прочитати на сайті greentechtrade.com.ua.

Принцип роботи сонячних батарей

В якості основного матеріалу фотоелектричного елемента служить кремній з домішками деяких елементів, які утворюють кристал з p-n-переходом. Таким чином, створюється 2 шари з різною провідністю. На кордоні даних шарів утворюється потенційний бар'єр, який перешкоджає переміщенню носіїв електричного струму по всьому напівпровіднику.

При попаданні сонячного випромінювання на фотоелемент, за рахунок поглинання фотонів створюються пари негативного та позитивного заряду, що знижують потенційний бар'єр. Це, у свою чергу, призводить до вільного переміщення носіїв по напівпровіднику, в якому за рахунок цього наводиться електрорушійна сила, яка є джерелом електричного струму. При збільшенні світлового потоку збільшується і фото ЕРС, отже, і електричний струм.

Ефективність фотоелементів з кремнію в порівнянні з іншими матеріалами відносно висока. ККД кремнієвих пластин коливається від 10 до 20 %. Від ефективності фотоелементів залежить площа сонячних батарей, розрахованих на певне навантаження. Чим вищий коефіцієнт корисної дії, тим менша площа, необхідна для генерування електричного струму певної потужності. Розвиток напівпровідникової промисловості дозволяє випускати фотоелектричні елементи на основі кремнію з ефективністю до 40 %.

У такій системі електропостачання крім сонячних батарей можна виділити такі основні пристрої, як:

1. акумулятор;
2. регулятор зарядки-розрядки;
3. інвертор.

Завдяки акумулятору при відсутності сонячного випромінювання споживач може користуватися електрикою. Регулятор зарядки-розрядки оберігає акумулятор від зайвої зарядки та розрядки. Тобто при досягненні напруги на акумуляторі рівня напруги відключення регулятор автоматично відключає навантаження, а при максимальному рівні напруги регулятор обмежує струм зарядки. Інвертор служить для перетворення постійного струму в змінний, який необхідний для живлення основної побутової техніки та освітлення.

Для визначення кількості сонячних панелей, що входять в сонячну батарею, яких буде достатньо для забезпечення електрикою необхідної потужності, потрібно провести розрахунок сонячної системи електропостачання. Даний розрахунок починається з визначення сумарної потужності всіх підключених пристроїв, після чого визначається потужність інвертора та значення зарядної ємності акумуляторів. Потужність і кількість фотоелементів визначається на підставі, значення сонячної радіації в певному регіоні.

Визначивши кількість пікових годин на добу, коли рівень сонячної радіації не нижче 1000 Вт / м², визначають вироблювану потужність одним фотоелементом за даний період. Таким чином, знаючи необхідну сумарну потужність сонячної станції та потужність одного фотоелемента, визначають кількість сонячних панелей, що входять в батарею. Ми описали спрощений принцип розрахунку сонячних батарей, насправді необхідно врахувати безліч нюансів і факторів, що впливають при розрахунку сонячної системи електропостачання.

Сонячної батареї давно успішно застосовуються в розвинених країнах світу:

• Одним з лідерів практичного використання енергії Сонця стала Швейцарія. Програма, що отримала найменування «Солар-91» і здійснювана під гаслом «За незалежну Швейцарію!», вносить помітний внесок у розв'язання екологічних проблем та енергетичну незалежність країни імпортує сьогодні понад 70 % енергії. Тут побудовано приблизно 2600 геліоустановок на кремнієвих фотоперетворювачах потужністю від 1 до 1000 кВт і сонячних колекторних пристроїв для отримання теплової енергії.
• У планах Швеції на 2020 рік — повністю відмовитися від вуглеводневого палива.
• У Німеччині на протязі декількох років функціонує державна програма «100,000 сонячних дахів».
• У США запущений аналогічний проект - «мільйон сонячних дахів».