Принцип работы солнечных батарей

Ключевым элементом солнечной батареи является так называемый кремниевый фотогальванический элемент или фотоэлемент, который преобразует видимый солнечный свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение в электричество. Как и все гениальное, принцип работы такого элемента несложный.

Рис.9 схема солнечной батареи

Основой устройства является поверхность соприкосновения двух типов кремния, которые предусматривает конструкция фотоэлемента. Поскольку верхняя часть элемента прозрачна, солнечный свет без препятствий падает непосредственно на кремний. Положительный электрод сделан в виде ребер жесткости из металла, которые соединяют проводами. Отрицательный электрод представляет собой металлическую подложку, которая в свою очередь находится в контакте с кремниевыми пластинами фотоэлемента.

При попадании солнечного света на поверхность фотоэлемента, между двумя типами кремния возникает разница так называемых потенциалов или электрическое напряжение. При подключении к элементу нагрузки сила тока возрастает пропорционально яркости солнечного света, вплоть до определенного критического значения. При усилении интенсивности освещения сила тока достигает максимума и выравнивается. Такой максимум называется током насыщения. Отношение вырабатываемой электроэнергии к силе света падающего на фотоэлемент называется коэффициентом преобразования или коэффициентом полезного действия (КПД).

Для конструирования солнечной батареи не нужно чего-то особенного. Фотоэлектрические ячейки (один фотоэлемент) можно объединить в последовательно-параллельные соединения, повышая тем самым выходную мощность всей панели. Когда несколько фотоэлементов соединяются в цепь последовательно, их выходное напряжение увеличивается. Когда такие конструкции далее подсоединяются параллельно, их максимальная сила тока эквивалентна произведению максимальной силы тока одной ячейки или их последовательной комбинации, на количество таких ячеек или их последовательных комбинаций. При этом максимальная мощность последовательно-параллельного соединения одинаковых ячеек эквивалентна произведению максимальной мощности каждой ячейки на количество ячеек.

Таким образом, если последовательно соединенные ячейки представляют собой фотоэлектрический модуль, то несколько таких модулей, соединенных параллельно, образуют солнечную фотоэлектрическую панель или, в простонародье, солнечную батарею. [4]

Типы солнечных батарей.

Солнечные модули из монокристаллического кремния.

Рис.10 солнечная панель из монокристаллического кремния

КПД солнечной панели на основе монокристаллического кремния составляет 14-17%.

Монокристаллические элементы имеют наивысшую эффективность преобразования энергии. Основной материал -крайне чистый кремний, из которого изготовлены монокристаллические солнечные панели, хорошо освоен в области производства полупроводников. Кремниевый монокристалл растет на семени, которое медленно вытягивается из кремниевого расплава. Стержни, полученные таким путем, режутся на части толщиной от 0,2 до 0,4 мм .Монокристаллические солнечные батареи представляют собой бокс из стеклопластика и алюминия. Под крепким стеклом располагаются монокристаллы кремния. Панели последнего поколения имеют специальное полированное стекло, которое более устойчиво к накоплению пыли на своей поверхности. Иногда же, панели имеют покрытие из рифленого стекла – за счет этого обеспечивается меньшее отражение света падающего под непрямым углом, а значит повышается эффективность солнечных батарей при утреннем и вечернем освещении.