Доступними словами принципи роботи сонячних батарей
- Головна
- Зелена електрика
Майже 100% всієї енергії, яку ми використовуємо в повсякденному житті - це енергія сонця, так чи інакше перетворена. Вугілля - це померлі рослини, які жили завдяки фотосинтезу, нафта - рослини і тварини, які вимерли мільйони років тому і росли за рахунок енергії сонця. Навіть коли ви спалюєте дрова - ви даєте вихід сонячної енергії, яку в себе ввібрала деревина. По суті, будь-яка теплова електростанція перетворює акумульовану у вигляді вугілля, нафти, газу і ін. Копалин сонячну енергію в електрику.
Сонячна батарея просто робить це безпосередньо, без участі «посередників». Електрика - найбільш зручна форма застосування сонячної енергії. Весь побут людства зараз побудований навколо електрики, і цивілізацію без нього дуже складно уявити. Незважаючи на те, що перші фотоелементи з'явилися понад півстоліття тому, сонячна енергетика поки не знайшла належного поширення. Чому? Про це в кінці статті, а поки розберемося, як це все працює.
Вся справа в кремнії
Сонячні батареї складаються з осередків меншого розміру - фотоелементів, які зроблені з кремнію.
Сонячна панель складається з декількох фотоелементів.
Важливо. Кремній - найпоширеніший напівпровідник на Землі (близько 30% всієї земної кори)
Кремній розташовується між двома струмопровідними шарами.
"Сендвіч" з кремнію і струмопровідних шарів
Кожен атом кремнію з'єднаний з сусідніми чотирма сильними зв'язками, які утримують електрони на місці, тому так ток текти не може.
Структура атомів кремнію
Для того, щоб отримати струм використовують два різних шару кремнію:
- Кремній N-типу має надлишок електронів
- Кремній Р-типу - додаткові місця для електронів (дірки)
Кремній Р і N типу
Там, де з'єднуються два типу кремнію, електрони можуть переміщатися через Р-N перехід, залишаючи позитивний заряд на одній стороні і негативний на інший.
Щоб це було легше уявити, краще думати про світло, як про потік частинок (фотонів), які вдаряються об нашу осередок настільки сильно, що вибиває електрон з його зв'язку, залишаючи дірку. Негативно заряджений електрон і місце позитивно зарядженої дірки тепер можуть вільно переміщатися, але тому що ми маємо електричне поле на Р-N переході, вони рухаються тільки в одному напрямку. Електрон - в сторону N-провідника, дірка прагне на Р - сторону пластини.
Після "звільнення" електрон прагне до провідника
Всі електрони збираються металевими провідниками вгорі осередку і йдуть в зовнішню мережу, маючи струмоприймачі, акумулятори для сонячних батарей або електричний стілець для хом'яка :). Після проведеної роботи електрони повертаються до зворотної сторони пластини і займають місця в тих самих «дірках».
Стандартна пластина, 150х150 мм номінально виробляє тільки 0,5 вольта, але якщо об'єднати їх в одну велику панель, то можна отримати велику потужність і вольтаж. Для зарядки мобільника потрібно об'єднати 12 таких пластин. Для харчування вдома потрібно затратити набагато більше пластин і панелей.
Завдяки тому, що в фотоелементах єдиною рухомою частиною є електрони, сонячні панелі не потребують обслуговування і можуть служити 20-25 років і він не зноситься і не ламаючись.
Чому людина не перейшов на сонячну енергію повністю?
Можна багато розмірковувати про політику, бізнес та іншої конспірології, але в рамках цієї статті хотілося б розповісти про інші проблеми.
- Нерівномірний розподіл сонячної енергії по поверхні планети. Одні області більш сонячні, ніж інші і це теж непостійний. Сонячної енергії набагато менше в похмурі дні і зовсім немає вночі. І щоб повністю розраховувати на сонячну енергію, необхідні ефективні способи отримання електрики для всіх областей.
- ККД. У лабораторних умовах вдалося досягти результату в 46%. Але комерційні системи не досягають навіть 25% ефективності.
- Зберігання. Найслабшою ланкою в сонячній енергетиці є відсутність ефективного і дешевого способу зберігати отриману електроенергію. Існуючі акумуляторні батареї важкі і значно знижують ефективність і без того слабкі показники сонячної системи. В цілому, зберігати 10 тонн вугілля простіше і зручніше, ніж 46 мегават, вироблених цим же вугіллям або сонцем.
- Інфраструктура. Для того, щоб живити мегаполіси - площ дахів цих міст буде недостатньо, щоб задовольнити всі запити, тому для впровадження сонячної енергетики потрібно транспортувати енергію, а для цього необхідно будувати нові енергетичні об'єкти
У ролику докладно описується процес виготовлення полікристалічних сонячних батарей, принцип їх роботи в системі сонячних електростанцій, принцип роботи контролера заряду і інвертора.