Солнечные батареи
Солнечная батарея (солнечная панель) – это устройство, предназначенное для преобразования энергии солнца в электрическую энергию.
Как известно, запасы нефти и газа стремительно истощаются, по приблизительным оценкам, их хватит еще на 60 лет. А до момента, когда погаснет солнце, по приблизительным расчетам еще около 5 миллиардов лет. Не трудно догадаться, что у солнечных батарей большое будущее.
Во многих южных странах, преобладает дефицит углеводородов, но зато практически круглый год светит солнце, поэтому использование солнечных батарей в этих регионах развивается более стремительно. Хотя и в России, все чаще можно увидеть солнечную батарею у соседа на даче, или на фонаре. Это связано с небольшой стоимостью малых батарей (от 1000 руб.), и тем условием, что, на том же дачном участке не всегда проведено электричество, а батарею достаточно расположить на солнце и подсоединить к аккумулятору. А если использовать много батарей, можно не только заряжать мобильный телефон или ноутбук, но еще и смотреть телевизор, пользоваться освещением и другими не слишком мощными потребителями. Естественно, что для этого понадобятся более дорогие батареи, различные преобразователи и стабилизаторы.
Принцип работы
Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте. Лучи солнца, попадая на батарею, отдают часть своей энергии электронам, тем самым приводя их в движение. Электроны движутся, то есть получается электрический ток.
Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток, с помощью которого они заряжают аккумуляторы. Аккумуляторы в свою очередь, могут сразу питать какой-либо приемник, например лампочку или зарядное устройство, или подсоединяться к инвертору напряжения для преобразования в переменный ток и дальнейшего использования в электросети.
Обычно материалом, который выступает в роли фотоэлектрического преобразователя, является кристаллический кремний, но это может быть и теллурид кадмия.
Устройство солнечной батареи
На производстве солнечных батарей из кремния нарезают тонкие листы небольшой площади. Такой лист называется модулем, затем этот модуль объединяют в цепочку из 9 таких же модулей, а потом объединяют уже 4 цепочки из 9 модулей. Не сложно посчитать, что количество модулей в одной батареи – 36. Все эти модули соединены последовательно и каждый из них вырабатывает электроэнергию. При этом дорожки, которые соединяют модули, могут быть из серебра или меди.
Затем все 36 модулей закрываются стеклом и пленкой и упаковываются в рамку.
Конструкция необязательно должна состоять из 36 модулей и именно в таком порядке, такая конструкция рассматривалась как наиболее распространенная.
Одним из недостатков такой конструкции является то, что при некотором затемнении солнечной батареи, часть модулей работают как нагрузка, ведь они соединены последовательно. Чтобы избавится от такого эффекта, устанавливаются байпасы на каждый модуль, то есть если модуль оказался в тени, то он оказывается исключенным из общей цепи, дабы не создавать нагрузку.
В некоторых видах солнечных батарей используют специальный концентратор, который представляет из себя линзу, которая сфокусирована на небольшой участок батареи. Таким образом, добиваются уменьшения размеров солнечной батареи и некоторого увеличения КПД.
Эффективность солнечных батарей
Как правило, основные потери связаны с тем, что солнечные батареи используют не все диапазоны частот солнечного света. Поэтому большая часть энергии попросту не используется. Кроме того, эффективность батарей зависит от сопротивления нагрузки, поэтому иногда используют специальный контроллер для их управления. Плюс с увеличением температуры батареи, количество вырабатываемой энергии падает.
Выходная мощность одной средней батареи колеблется от 100 до 320 Вт.
КПД батарей невысок, обычно он достигает 20-30 %. Но известно, что в 2011 году, компания Sharp Solar создала солнечную батарею с КПД – 44 %.
Так что, будущее за альтернативной энергетикой, и солнечные батареи как и ветровые генераторы, являются основными направлениями развития.