Как устроена солнечная батарея

Основа любой солнечной батарейки, или по-научному фотоэлектрической панели – пара полупроводников, фотоэлектрических преобразователей, которые преобразуют солнечную энергию в электрическую. Чаще всего их делают из кремния. Существуют и другие вещества, пригодные для производства солнечных панелей, но пока ни одна из бескремниевых технологий (кроме технологии с использованием теллурида кадмия) не вышла за пределы лабораторий. Однако исследования в этом направлении не прекращаются, так как кремний – довольно дорогой материал (собственно, это одна из причин относительной дороговизны солнечной энергии).

В зависимости от внутренней структуры кремний бывает трех видов: монокристаллический, который имеет более высокий КПД (15–22%), чуть менее эффективный поликристаллический (12–17%) и специфический аморфный (6–10%).

Выходной ток солнечной батареи зависит от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных элементов. Чем ярче солнечный свет, тем больше электричества генерируют солнечные элементы. Понятно, что в пасмурную погоду их мощность существенно снижается.

Из чего это состоит

Как и любые элементы в электрической цепи, отдельные солнечные элементы можно соединять последовательно или параллельно. В первом случае вы получите более высокое выходное напряжение, во втором – выходной ток. Чаще всего используют комбинацию двух типов соединения. На каждой панели есть по четыре диода. Они нужны для того, чтобы батарея не нагревалась, потребляя ток и разряжая тем самым аккумулятор.

Как это работает

Но как же кремний генерирует ток? Здесь действуют обычные законы физики, известные всем со школьной скамьи. Под действием солнечного излучения на границе двух полупроводников появляются разнозаряженные области. В одной кремниевой пластине наблюдается переизбыток электронов, а в другой электронов, наоборот, не хватает. Полупроводники поглощают фотоны солнечного света и передают их энергию заряженным частицам переходной зоны. Под действием этой энергии частицы приходят в движение и возникает направленный ток. Этот механизм можно сравнить с тем, что происходит между двумя разнозаряженными электродами. Разница только в том, что полупроводники поглощают не все падающие фотоны, а только те, энергия которых достаточна для выбивания электронов, то есть для создания тока.

Сгенерированный ток передается на аккумулятор, который сохраняет полученную электроэнергию. При этом число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы напряжение, подводимое к аккумулятору, немного превышало его собственное напряжение в цепи, а ток батареи обеспечивал требуемую величину заряда. Так, для зарядки 12-вольтовой аккумуляторной батареи нужно использовать солнечную батарею, состоящую из 36 элементов.