Як влаштована сонячна батарея

Чорні панелі, які генерують електрику, з кожним роком займають все більше місця в міських і заміських пейзажах багатьох країн. Як вони працюють?

Основа будь-якої сонячної батареї, або по-науковому фотоелектричної панелі - пара напівпровідників, фотоелектричних перетворювачів, які перетворять сонячну енергію в електричну. Найчастіше їх роблять з кремнію. Існують і інші речовини, придатні для виробництва сонячних панелей, але поки жодна з бескремніевих технологій (крім технології з використанням телуриду кадмію) не вийшла за межі лабораторій. Однак дослідження в цьому напрямку не припиняються, так як кремній - досить дорогий матеріал (власне, це одна з причин відносної дорожнечі сонячної енергії).

Залежно від внутрішньої структури кремній буває трьох видів: монокристалічний, який має більш високий ККД (15-22%), трохи менше ефективний полікристалічний (12-17%) і специфічний аморфний (6-10%).

Вихідний струм сонячної батареї залежить від інтенсивності сонячного випромінювання і розміру сонячних елементів. Чим яскравіше сонячне світло, тим більше електрики генерують сонячні елементи. Зрозуміло, що в похмуру погоду їх потужність істотно знижується.

З чого це складається

Як і будь-які елементи в електричному ланцюзі, окремі сонячні елементи можна з'єднувати послідовно або паралельно. У першому випадку ви отримаєте більш високу вихідну напругу, у другому - вихідний струм. Найчастіше використовують комбінацію двох типів з'єднання. На кожній панелі є по чотири діода. Вони потрібні для того, щоб батарея нічого нагрівалася, споживаючи струм і розряджаючи тим самим акумулятор.

Як це працює

Але як же кремній генерує струм? Тут діють звичайні закони фізики, відомі всім зі шкільної лави. Під дією сонячного випромінювання на кордоні двох напівпровідників з'являються різнозаряджені області. В одній кремнієвій пластині спостерігається надлишок електронів, а в інший електронів, навпаки, не вистачає. Напівпровідники поглинають фотони сонячного світла і передають їх енергію заряджених частинок перехідної зони. Під дією цієї енергії частинки починають рухатися і виникає спрямований струм. Цей механізм можна порівняти з тим, що відбувається між двома різнозаряджені електродами. Різниця тільки в тому, що напівпровідники поглинають не всі падаючі фотони, а тільки ті, енергія яких достатня для вибивання електронів, тобто для створення струму.

Згенерований ток передається на акумулятор, який зберігає отриману електроенергію. При цьому число послідовно і паралельно з'єднаних сонячних елементів повинно бути таким, щоб напруга, що підводиться до акумулятора, трохи перевищувало його власну напругу в ланцюзі, а струм батареї забезпечував необхідну величину заряду. Так, для зарядки 12-вольтової акумуляторної батареї потрібно використовувати сонячну батарею, що складається з 36 елементів.