Сонячна батарея: принцип роботи

База знань

Сонячна батарея служить для перетворення енергії сонячного випромінювання в електричний струм. На відміну від геліосистем, в сонячній батареї відбувається пряме перетворення сонячної енергії в електричну.

Строго кажучи, сам вираз – «сонячна» батарея – не дуже вірний, набагато точніше вживати термін «фотоелектрична» або «фотогальванічна». Адже головною частиною є фотоелемент (фотоелектричний модуль), в якому і відбувається перетворення сонячної енергії (енергії фотонів) в енергію електричного струму.

Сонячна батарея: принцип роботи

Як працює сонячна батарея

В основі перетворення сонячної енергії в електричну лежить фотоелектричний ефект, який виникає при впливі сонячного випромінювання (точніше кажучи – фотонів) на неоднорідну напівпровідникову структуру, яка більше відома як «p-n перехід».

Неоднорідна структура утворюєть за рахунок легування напівпровідника різними домішками – наприклад, на одну пластину наноситься шар фосфору (як варіант – миш’як), а на іншу – шар бору. В результаті, на легованій фосфором пластині виникає надлишок електронів, а на покритій бором – їх недолік, хоча зазвичай прийнято говорити про утворення дірок. Поглинаючи енергію фотонів світла, електрони починають рух, долаючи p-n перехід – впорядкований рух заряджених частин і викликає утворення струму. На пластини напівпровідника напоюють тонкі смужки міді – струмозйомники, з яких струм направляється до споживача. Саме тому, якщо розглядати як влаштована сонячна батарея, саме фотоелектричні перетворювачі визначають продуктивність сонячної батареї.

Теоретично, чим більше сонячної енергії поглинає напівпровідник, тим більше електричної енергії він повинен генерувати. Насправді, продуктивність фотоелектричних перетворювачів залежить від безлічі факторів, головними з яких є характеристики використовуваного напівпровідника. На сьогоднішній день найвищу ефективність (ККД) демонструє сонячна батарея, виготовлена на основі полікристалічного або монокристалічного кремнію – середній показник становить 17%. Але вже зараз компанії, що лідирують на ринку виробництва фотоелектричних модулів, виготовляють сонячні панелі з ККД, що перевершує 20%. Менший ККД (близько 12%) мають сонячні батареї, виготовлені на основі аморфного кремнію, але вони мають дуже важливу перевагу – гнучкістю. Одним з напрямків підвищення ефективності (продуктивності) сонячних батарей є пошук альтернативних кремнію напівпровідників, а також використання у виробництві фотоелектричних панелей таких компонентів, як галій, кадмій, селен, теллурид і т.д.

Удосконалення технології, підвищення ККД і зниження вартості сонячних батарей призвело до того, що сонячна енергетика вже в глобальному масштабі змінила промислову електроенергетику. У 2017 році сумарна потужність всіх встановлених сонячних батарей склала 90 ГВт – це дорівнює потужності енергогенеруючої системи такої країни, як Туреччина. Собівартість «сонячної» електрики вже може конкурувати з традиційними джерелами енергії навіть без застосування таких стимулюючих інструментів, як зелений тариф.

Lost Password