Все, что нужно знать о солнечных батареях

На природные источники энергии обращают внимание все больше людей, причем если раньше их использовали только крупные предприятия, то сейчас идея установить солнечные батареи возникает у многих домовладельцев. Энергия солнца неисчерпаемая, экологически безопасная и обеспечивает независимость от централизованной электросети, поэтому даже значительные расходы на установку и само оборудование не мешают распространению СБ.

Компоненты солнечных батарей

Конструкция предельно простая и состоит из фотоэлементов, сделанных из полупроводников, преображающих фотоны в постоянный электроток. Компонентами системы являются:

• двухслойный материал, у которого один слой состоит из материала с недостающими отрицательно заряженными частицами, а второй содержит избыток таких электронов. Как правило, основу составляет кремний (поли- или монокристаллический), но в будущем его, скорее всего, заменят более дешевые в очистке соединения;
• не проводящий электричество материал;
• аккумулятор, задача которого принимать и сохранять вырабатываемую энергию;
• интегрированный контроллер уровня заряда;
• инвертор – прибор, который осуществляет трансформацию постоянного тока в переменный, который необходим для энергоснабжения оборудования;
• стабилизатор напряжения.

Специфика работы панелей

Процесс выработки электричества из солнечных лучей предполагает:

1. Попадание фотонов на наружную поверхность батареи.
2. Передачу энергии отрицательно заряженным частицам полупроводника с последующим перемещением электронов в n-слой и одновременным перемещением положительно заряженных частиц в р-слой. Внутри проводников существуют электрические поля, усиливающие активность перемещения.
3. При замкнутости панели на нагрузку с сопротивлением R возникает электроток I, который зависит от интенсивности светового потока и характеристик фотоэлемента. Используя формулу P= I*U, где под буквой U подразумевается показатель напряжения на зажимах батареи, можно рассчитать мощность СБ.

Разновидности солнечных панелей

Есть несколько типов СБ в зависимости от их конструктивных особенностей и способности поглощать фотоны:

• односторонние;
• двухсторонние;
• гибкие;
• жесткие.

В зависимости от того, какой материал используется в преобразователях, различают следующие виды батарей:

• из аморфного кремния;
• из монокристаллических полупроводников;
• из теллурида кадмия;
• из полупроводников CIGS;
• из поликристаллических материалов.

Между собой они отличаются по КПД – от 6-8% до 15% и выше.

Аргументы в пользу перехода на солнечные батареи

1. Есть возможность добавления новых панелей по мере необходимости.
2. Нет риска загрязнения окружающей среды.
3. Фотоэлементы способны без снижения рабочих характеристик прослужить до 15-20 лет.
4. Система надежная, и даже при затемнении части панелей не выходит из строя благодаря штатному контроллеру, который снижает скорость зарядки аккумулятора. В результате в облачную погоду мощность может уменьшаться до 25%, но электричество будет продолжать вырабатываться.
5. Можно обеспечить электропитанием автономные системы, состоящие из энергоэффективных потребителей (лампочек, портативных приборов и т.д.).
6. Генерация электричества возможна и в холодное время года, но с 1/2 изначальной мощности и с установкой панелей под углом 70 градусов для профилактики накопления снега на наружных элементах.
7. Текущее обслуживание ограничивается удалением пыли и мелких загрязнений.
8. Выработка энергии происходит в бесшумном режиме, не требует топлива и постоянного контроля.

На фоне перечисленных преимуществ недостатки СБ кажутся незначительными:

• требуется достаточно много места для установки панелей из-за низкого КПД фотоэлементов;
• срок окупаемости может быть длительным;
• нужно грамотно спроектировать систему и привлечь профессионалов к процессу монтажа.

Где используются СБ?

На солнечных батареях сейчас работают:

• портативная электроника;
• автомобили;
• системы энергоснабжения жилых, промышленных и общественных объектов;
• самолеты с беспилотным управлением;
• оборудование космической отрасли.

Чего ждать в будущем?

Из-за подорожания стоимости электрики от централизованных поставщиков уже в ближайшие годы тысячи частных домовладельцев перейдут на автономные солнечные электростанции. СБ будут все чаще использоваться для питания транспортных средств и оборудования, а снижение стоимости панелей сделает их применение повсеместным. В Южной Корее уже созданы прототипы солнечных батарей, которые можно будет вживлять в тело, чтобы обеспечивать энергией кардиостимуляторы и другие медицинские приборы, и ученые на этом останавливаться не планируют.