Принцип роботи сонячної батареї

Сонячні елементи (або фотоелементи) є пристроями, що мають здатність перетворювати сонячне випромінювання (електромагнітне випромінювання), безпосередньо, в електрику, а точніше в електричний струм електронів. Об’єднання декількох фотоелементів (перетворювачів фотоелектричних) утворюють сонячну батарею. Вона має можливість виробляти певну величину електричного струму і напруги.

Принцип дії сонячних елементів полягає в явищі внутрішнього фотоефекту. Даний фотоефект був досліджений вперше в 1839 році Едмоном Беккерелем. Безпосереднє пристрій більшості сонячних батарей (звичайного фотоелемента) та робота наступні: є простий напівпровідник, тобто – 2 шари різної провідності прикладені один до одного. Ці шари зроблені зазвичай з кремнію з домішками. Домішки певних хімічних речовин дозволяють в результаті отримати матеріали з необхідними властивостями, а саме – перший шар має надлишок валентних електронів, друга – їх недоліком. Разом вони утворюють шари «p» і «n».

На проміжку зіткнення наших пластин з’являється деяка зона з замикаючими властивостями. Дана замикає зона здатна протидіяти переходу електричних заряджених частинок (електронів) з шару «n» в шар «p», завдяки своїм електричних полів, де цих електронів недолік (так, до речі, місця з відсутніми електронами позначаються як дірки). При підключенні до даного напівпровідника (з’єднаних двох шарів) зовнішнього джерела електроживлення (плюс до «p» прошарку, а мінус до «n» шару) відбувається наступне – під дією зовнішнього електричного поля електрони з легкістю долатимуть замикає зону і вільно переходити на протилежний електричний полюс, що і породжує в результаті електричний струм.

Схожі процеси відбуваються і при попаданні на наш напівпровідник сонячного світлового потоку. І так, фотон (дрібна частка світла) випускається сонцем і, пройшовши величезний шлях, потрапляє на шари «n» і «p». Цей фотон володіє деякою енергією, яку передає при зіткненні електронів (ті електрони, що розташовуються найдалі від центру атома, тобто, зовнішні електрони). В результаті відбувається вибивання електронів з атома (на місці пішов електрона утворюється порожнє місце, що утворює так звану дірку). Вибиті фотоном електрони з додатковою енергією можуть з долати замикаючий шар.

Переходу негативних заряджених частинок (електронів) їх шару «p» в шар «n», і дірок, з шару «n» в шар «p», до того ж допомагають наявні електричні поля (негативнихзарядів, які розташовуються поблизу замикаючої зоні «p» провідника і позитивних – в зоні «n»), що як би притягують до себе електрони і дірки. В результаті зона «n» знаходить зайвий негативний заряд, ну, а зона «p» – позитивний заряд. В результаті буде виникати невелика напруга (різниця потенціалів) між 2-ма шарами (рівне 0.5 В).

Сила самого струму в сонячному елементі змінюється прямо пропорційно загальної кількості потрапили фотонів на поверхню фотоелемента. Слід врахувати, що величина електричного струму ще залежить і від різних інших факторів – це, в першу чергу, інтенсивність самого випромінювання, загальна площа елемента, кут попадання світлового потоку на елемент, тривалістю експлуатації батареї, коефіцієнт корисної дії фотоелементів, який ще залежить і від температури навколишнього середовища (при збільшенні температури, внутрішній опір фотоелемента значно збільшується).

З вищесказаного можна зробити такі висновки: сонячні елементи (батареї, фотоелементи) не можуть генерувати дуже великі електричні потужності (за умови малих площ для своєї експлуатації), вони також не здатні працювати в постійному режимі (через природної зміни ночі і дня), для стабільної видачі постійних значень електричного струму і напруги виникає необхідність використання сторонніх систем (акумулятори, стабілізатори і т.д.). Але в ролі другорядного (додаткового) електричного джерела вони придатні. Сонячні елементи добре можуть застосовуватися в тих випадках, коли потрібні не дуже великі електричні потужності і відсутня можливість підключення до основної електромережі.

Посилання на основну публікацію