Рекомендовать:

Принцип работы, устройство и виды солнечных батарей

Во все времена человечество стремилось использовать по максимуму блага предоставленные природой. Доказательство тому изобретённые солнечные батареи. Принцип работы солнечных батарей достаточно прост. Именно благодаря им ранее наши калькуляторы работали в любое время суток, летом и зимой, вне зависимости от вида и частой смены батарейки. Современный мир характеризуется применением солнечной энергии в разных сферах и масштабах, начиная от актуальных планшетов и заканчивая самолётами. О том, как устроена солнечная батарея, её виды и принцип работы Вас проинформирует данная статья.

ОГЛАВЛЕНИЕ

  • Немного из истории
  • Определение и основы трансформации энергии
  • Классификация

Немного из истории

Как известно, солнечная батарея является не первым изобретением, использующим всеохватывающую энергию Солнца в качестве альтернативы электрической энергии. Первые попытки применения солнечного света — терминальные электростанции, которые имеют более распространённое название как «коллекторы». Принцип их действия заключался в нагревании воды до 100 ° С при помощи солнечных лучей, итогом чего становилась выработка электричества. Работа коллекторов состояла из многоступенчатой трансформации энергии: скопление солнечных лучей, кипячение жидкости, образование пара, движение парового двигателя и преобразование тепловой энергии в механическую.

В отличие от коллектора солнечная батарея напрямую трансформируют продукцию Солнца в электрическую энергию. Также следует отметить такую особенность солнечной батареи, как использование света, а не тепла, что позволяет образовывать электроэнергию даже зимой.

На сегодняшний день принцип работы этих приспособлений основывается на преобразовании действия лучей в электрический ток (фотоэлектрический эффект) при помощи специальных полупроводников, которые и составляют всю батарею.

Фотоэлемент

Первооткрывателями фотоэлектрического эффекта являются три заслуженных учёных физика. Само явление такового процесса описал физик французского происхождения — Александр Эдмон Беккерель в 1839 году. Далее в 1873 году был открыт первый полупроводник для осуществления действия фотоэлектрического эффекта английским инженером-электриком Уиллоуби Смит. А более подробно были описаны принцип работы, схема солнечной батареи и подтверждены законы предыдущих открывателей в 1905 году всемирно известным лауреатом Нобелевской премии Альбертом Эйнштейном.

Определение и основы трансформации энергии

Устройство солнечной батареи состоит из пластины, оснащённой цепочкой соединённых полупроводников (фотоэлементов). Фотоэлементы выполняют функцию преобразования солнечного света в электрический ток. Поэтому для того, чтобы понять принцип действия данного приспособления, следует изучить его основы, а именно фотоэлементы.

Принцип работы солнечных батарейФотоэлементы – полупроводники, трансформирующие действие квантов электромагнитного излучения, способных двигаться лишь со скоростью света, в электрическую энергию. Процесс данной трансформации называется фотоэлектрическим эффектом, появляющимся под воздействием солнечного света на структуры фотоэлемента. Особенность структуры заключается в неоднородности, которую создают при помощи сплавов различных материалов и примесей для изменения её свойств с точки зрения физики и химии.

Эти самые примеси создают отрицательные и положительные переходы (р- n), которые являются основой работы двух полупроводников и проводимости между ними. Помимо этого метода, образующего неоднородность структуры фотоэлементов, применяются также такие:

  • объединение, различающихся по ширине запрещённой зоны, полупроводников;
  • изменение химического состава фотоэлемента с целью образования варизонной структуры;
  • комбинирование вышеперечисленных способов.

Трансформация энергии напрямую зависит от физических и электрических свойств структуры и электрической проводимости полупроводников (фотопроводимость).  Фотоэлемент состоит из разного типа электронов и слоёв их. В качестве электрода, на котором возникает заряд, выступает отрицательный тип, и соответственно, анодом (приёмником) этого заряда является положительный тип. Накопление солнечной энергии происходит таким образом: выходящие из отрицательного слоя под воздействием солнечных лучей, электроны принимают аноды. Выходя из слоя положительных электронов, они возвращаются в исходное место. Далее действия повторяются. Ввиду чего энергия Солнца остаётся внутри устройства.

Наши читатели рекомендуют!
Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют Экономитель энергии Electricity Saving Box. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Мнение эксперта... »

Классификация

В зависимости от материала и метода изготовления различают такие виды солнечных батарей: кремниевые и плёночные.

Кремневые батареи – приспособления, основным действующим материалом которых является кремний. Кремний характеризуется высокой производительностью сравнительно с другими материалами, используемыми для создания данных устройств, поэтому пользуется большим спросом. По своей структуре кремниевые устройства делятся на три подвида:

  1. Монокристаллические батареиМонокристаллические батареи – устройства, состоящие из силиконовых ячеек, соединённых с друг другом. Такие приспособления производятся при условии использовании абсолютно чистого кремния, добытого способом выращивания кристаллов Чохральского. Когда монокристалл переходит в твёрдую форму, его разделяют на тончайшие пластины. Монокристаллические пластины соединяют с сеткой металлических электродов. Данная технология производства солнечных устройств достаточно дорогостоящая. Поэтому используется реже, хотя имеет сравнительно высокий коэффициент полезного действия (КПД), порядка 22 %. В зимнее время за счёт короткого светового дня батареи менее производительны.
  2. Поликристаллические батареиПоликристаллические батареи — устройства, которые состоят из поликристаллов, полученных путём медленного охлаждения сплава кремния. Техника производства таких устройств обходится значительно дешевле, чем монокристаллических батарей. Но вместе со снижением стоимости устройства, уменьшается его КПД на 4-5 единиц. Это обусловлено образованием в поликристаллах зон с зернистыми границами, снижающих эффективность фотоэлементов.
  3. Аморфные батареи – приспособления, производимые при помощи плАморфные батареиёночной технологии из кремневодорода или силана. КПД аморфных батарей составляет всего 5%, но они имеют ряд особых преимуществ, таких как: гибкость, эффективность действия при пасмурной погоде зимой и толщину 1 мкм.

Плёночные устройства делятся на такие виды:

  • на основе теллурида кадмия с использованием плёночного технологии;
  • на основе сплава меди, индия и селена, КПД таких устройств составляет 16-20%;
  • полимерные плёночные устройства, производимые из органических фотоэлементов, КПД их составляет 5-6 %.

Схема подключения солнечных батарей заключается в расчете нагрузки и настройке контролёра заряда. Самую простую схему можно рассмотреть на примере садового фонаря. Такие садовые фонари постепенно обретают широкое распространение за счёт яркого освещения дорожек, газонов и приусадебных участков. Зимой свет садовых фонарей на солнечном питании отличается меньшей яркостью, чем в другую пору. Схема в данном случае состоит из светочувствительного элемента, накопительного аккумулятора, солнечной батареи.

На сегодняшний день ведутся разработки по производству масштабных полей солнечных батарей на территории Антарктики. Такие электростанции будут накапливать энергии в течение полугодового  полярного дня, наступающего на северных территориях – в летнее время, а на юге – в зимнее. Солнечная энергия является достойной альтернативой электрическому току, поэтому спектр её применения широк. Батареи, работающие от солнечного света, используют даже для производства космических аппаратов.

 

Интересное по теме:

загрузка...

С этой статьей также читают:

загрузка...
Вопросы? С удовольствием на них ответим!
Рекомендовать статью
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (рейтинг: 5,00 из 5)
Loading...