Солнечная батарея: принцип работы

База знаний

Солнечная батарея служит для преобразования энергии солнечного излучения в электрический ток. В отличие от гелиосистем, в солнечной батарее происходит прямое преобразование солнечной энергии в электрическую.

Строго говоря, само выражение – «солнечная» батарея — не очень верное, гораздо точнее употреблять термин «фотоэлектрическая» или «фотогальваническая». Ведь главной частью является фотоэлемент (фотоэлектрический модуль), в котором и происходит преобразование солнечной энергии (энергии фотонов) в энергию электрического тока.

Солнечная батарея: принцип работы

Как работает солнечная батарея

В основе преобразования солнечной энергии в электрическую лежит фотоэлектрический эффект, который возникает при воздействии солнечного излучения (точнее говоря — фотонов) на неоднородную полупроводниковую структуру, которая больше известна как «p-n переход».

Неоднородная структура получается за счет легирования полупроводника разными примесями – например, на одну пластину наносится слой фосфора (как вариант — мышьяк), а на другую – слой бора. В результате, на легированной фосфором пластине возникает излишек электронов, а покрытой бором – их недостаток, хотя обычно принято говорить об образовании дырок. Поглощая энергию фотонов света, электроны начинают движение, преодолевая p-n переход – упорядоченное движение частиц и вызывает образование тока. На пластины полупроводника напаивают тонкие полоски меди – токосъемники, с которых ток направляется к потребителю. Именно поэтому, если рассматривать как устроена солнечная батарея, именно характеристики фотоэлектрического преобразователя определяют эффективность и производительность солнечной батареи.

Теоретически, чем больше солнечной энергии поглощает полупроводник, тем больше электрической энергии он должен генерировать. На самом деле, производительность фотоэлектрических преобразователей зависит от множества факторов, определяющими из которых является характеристики используемого полупроводника. На сегодняшний день самую высокую эффективность (КПД) демонстрирует солнечная батарея, изготовленная на основе поликристаллического или монокристаллического кремния – средний показатель составляет 17%. Но уже сейчас компании, лидирующие на рынке производства фотоэлектрических модулей, изготавливают солнечные панели с КПД, превосходящим 20%. Меньшим КПД (порядка 12%) обладают солнечные батареи, изготовленные на основе аморфного кремния, но они обладают очень важным преимуществом – гибкостью. Одним из направлений повышения эффективности (производительности) солнечных батарей и является поиск альтернативных кремнию полупроводников, а также использование в производстве фотоэлектрических панелей таких компонентов, как галлий, кадмий, селен, теллурид и т.д.

Совершенствование технологии, повышение КПД и снижение стоимости солнечных батарей привело к тому, что солнечная энергетика уже в глобальном масштабе преобразила промышленную электроэнергетику. В 2017 году суммарная мощность всех установленных солнечных батарей составила 90 ГВт – это равно мощности энергогенерирующей системы такой страны, как Турция. Себестоимость «солнечного» электричества уже может конкурировать с традиционными источниками энергии даже без применения таких стимулирующих инструментов, как зеленый тариф.

Lost Password