Что такое солнечная батарея
Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается панель генерирующая электрический ток под воздействием солнечного света. Солнечную батарею еще называют фотоэлектрическим преобразователем. Так же встречаются такие термины как: солнечная панель, солнечный модуль, фотомодуль и т.д.
Структура фотоэлектрической установки
Солнечная батарея и фотоэффект
Для получения электроэнергии от солнечной батареи необходимо осуществить фотоэффект. Этот процесс связан с физическим явлением p-n перехода, который происходит в фотоэлементе. Конструктивно фотоэлемент состоит из двух пластин полупроводникового материала. Одна из используемых пластин содержит атомы бора, а вторая атомы мышьяка. При этом верхний слой характеризуется переизбытком электронов (область электронов), а нижняя – их нехваткой (так называемая дырочная область). В данном случае на границе этих пластин поддерживается электронно-дырочный переход, так называемый p-n переход.
В результате попадания на фотоэлемент солнечных лучей (фотонов) происходит освещение пластин и оба слоя взаимодействуют как электроды обыкновенной батареи – возникает электродвижущая сила (ЭДС).
Солнечный луч возбуждает электроны, которые начинают перемещаться из одной пластины в другую. Для снятия электрической энергии на обе поверхности напаивают тонкие слои проводника и подключают к нагрузке. Выработка этой энергии не связана с химическими реакциями, поэтому такая солнечная батарея может прослужить довольно долгий срок.
Основа для большинства солнечных батарей – кремний
Кремний для производства солнечных батарей может быть монокристаллическим или поликристаллическим. Внешне монокристаллический кремний можно отличить по равномерному чёрно-серому цвету поверхности фотоэлемента. Этот вид материала выращивают в промышленных условиях, после чего специальной нитью разрезают на тонкие пластины. Второй тип представляет собой новое поколение элементов, сделанных из более доступного поликристаллического кремния. Изготовление проходит методом литья. Выглядит материал как, поверхность с неравномерным синим переливом. Кроме того, в кремний добавляют в определенном количестве мышьяк и бор.
Учёные вплотную изучают вопросы, которые могли бы улучшить выработку электроэнергии в солнечных электростанция при помощи повышения КПД солнечной батареи. Для этого в тонкослойных ячейках может содержаться не только кремний, но и галлий, арсенид, кадмий, медь, селен и многие другие материалы. Так же большой проблемой на пути улучшения эффективности солнечных батарей, является избыточное тепло, которое возникает при нагреве пластин солнечных элементов. Разрабатывается много путей для отвода данного тепла от солнечной батареи. Ведь КПД панелей в редких случаях превышает 25 %.
Типы солнечных батарей
В настоящее время на рынке можно найти пять основных типов солнечных батарей.
Наибольшую популярность получили солнечные батареи из поликристаллических фотоэлементов. Эффективность таких панелей в среднем составляет 12-14 %.
Панели из монокристаллических фотоэлементов характеризуются более высоким КПД (14-16 %). Такие панели немного дороже чем панели из поликристаллического кремния. Так же ячейки имеют форму многоугольника и из-за этого не полностью заполняют пространство солнечной батареи, что приводит к более низкой эффективности всей батареи по отношению к одной ячейки.
Солнечные батареи из аморфного кремния имеют наименьшую эффективность ( 6-8 %), но в то же время имеют наиболее низкую себестоимость производимой энергии.
Солнечные батареи на основе Теллурид Кадмия (CdTe) представляют собой тонкопленочную технологию производства солнечных проебразователей. Полупроводниковые слои наносят на панель толщиной всего в несколько сотен микрон. Производство является менее вредным для окружающей среды. Эффективность солнечных батарей на основе Теллурид Кадмия составляет порядка 11-12 %.
Солнечные батареи на основе смеси Индия, Галлия, Меди, Селена (CIGS) так же является тонкопленочной технологией производства фотоэлементов. Эффективность варьируется от 10 до 15 %. Эта технология еще мало распространена на рынке, однако очень быстро развивается.
Немного видеоматериала о том как именно происходит процесс производства солнечной батареи
Сергей Маринец
Автор - инженер по возобновляемым источникам энергии
Хорошее введение в тему солнечных батарей и панелей.
Интересная статья! Я б хотел розместить ее на своем сайте,
Вы не против?
Без проблем, главное укажите ссылку на источник!