Сонячні батареї: принцип роботи

Сонячна батарея (сонячна панель) – це пристрій, призначений для перетворення енергії сонця в електричну енергію.

Як відомо, запаси нафти і газу стрімко виснажуються, за приблизними оцінками, їх вистачить ще на 60 років. А до моменту, коли згасне сонце, за приблизними розрахунками ще близько 5 мільярдів років. Не важко здогадатися, що у сонячних батарей велике майбутнє.

У багатьох південних країнах, переважає дефіцит вуглеводнів, але зате практично круглий рік світить сонце, тому використання сонячних батарей в цих регіонах розвивається більш стрімко. Хоча і в Росії, все частіше можна побачити сонячну батарею у сусіда на дачі, або на ліхтарі. Це пов’язано з невисокою ціною малих батарей (від 1000 руб.), І тією умовою, що, на тому ж дачній ділянці не завжди проведено електрику, а батарею досить розташувати на сонці і під’єднати до акумулятора. А якщо використовувати багато батарей, можна не тільки заряджати мобільний телефон або ноутбук, але ще і дивитися телевізор, користуватися освітленням та іншими не дуже потужними споживачами. Природно, що для цього знадобляться більш дорогі батареї, різні перетворювачі і стабілізатори.

Принцип роботи

Принцип роботи сонячної батареї заснований на фотоелектричні ефекті. Промені сонця, потрапляючи на батарею, віддають частину своєї енергії електронам, тим самим приводячи їх в рух. Електрони рухаються, тобто виходить електричний струм.

Сонячні батареї виробляють постійний струм, за допомогою якого вони заряджають акумулятори. Акумулятори в свою чергу, можуть відразу живити будь-якої приймач, наприклад лампочку або зарядний пристрій, або приєднуватися до инвертору напруги для перетворення в змінний струм і подальшого використання в електромережі.

Зазвичай матеріалом, який виступає в ролі фотоелектричного перетворювача, є кристалічний кремній, але це може бути і телурид кадмію.

Устрій сонячної батареї

На виробництві сонячних батарей з кремнію нарізають тонкі аркуші невеликій площі. Такий лист називається модулем, потім цей модуль об’єднують в ланцюжок з 9 таких же модулів, а потім об’єднують вже 4 ланцюжки з 9 модулів. Чи не складно порахувати, що кількість модулів в одній батареї – 36. Всі ці модулі з’єднані послідовно і кожен з них виробляє електроенергію. При цьому доріжки, які з’єднують модулі, можуть бути зі срібла або міді.

Потім все 36 модулів закриваються склом і плівкою і упаковуються в рамку.

Конструкція необов’язково повинна складатися з 36 модулів і саме в такому порядку, така конструкція розглядалася як найбільш поширена.

Одним з недоліків такої конструкції є те, що при деякому затемненні сонячної батареї, частина модулів працюють як навантаження, адже вони з’єднані послідовно. Щоб позбавиться від такого ефекту, встановлюються байпаси на кожен модуль, тобто якщо модуль виявився в тіні, то він виявляється виключеним із загальної ланцюга, щоб не створювати навантаження.

У деяких видах сонячних батарей використовують спеціальний концентратор, який представляє з себе лінзу, яка сфокусована на невелику ділянку батареї. Таким чином, домагаються зменшення розмірів сонячної батареї і деякого збільшення ККД.

Ефективність сонячних батарей

Як правило, основні втрати пов’язані з тим, що сонячні батареї використовують не всі діапазони частот сонячного світла. Тому велика частина енергії просто не використовується. Крім того, ефективність батарей залежить від опору навантаження, тому іноді використовують спеціальний контролер для їх управління. Плюс зі збільшенням температури батареї, кількість виробленої енергії падає.

Вихідна потужність однієї середньої батареї коливається від 100 до 320 Вт.

ККД батарей невисокий, зазвичай він досягає 20-30%. Але відомо, що в 2011 році, компанія Sharp Solar створила сонячну батарею з ККД – 44%.

Так що, майбутнє за альтернативною енергетикою, і сонячні батареї як і вітрові генератори, є основними напрямками розвитку.

Посилання на основну публікацію