Принцип роботи сонячної батареї і її пристрій

Відносно недавно вважалася фантастичною сама ідея забезпечувати приватні будинки електрикою автономно. Сьогодні це об'єктивна реальність. В Європі сонячні батареї використовуються вже тривалий час, адже це практично невичерпне джерело дешевої енергії. У нас отримання електрики від таких пристроїв тільки набуває популярності. Даний процес відбувається не занадто швидко, і виною тому – висока вартість їх. Принцип роботи сонячної батареї заснований на тому, що в двох кремнієвих пластинах, вкритих різними речовинами (бором і фосфором), під дією сонячного світла виникає електричний струм. У пластині, що вкрита фосфором, з'являються вільні електрони. Відсутні частинки утворюються в тих пластинах, які покриті бором. Електрони починають рухатися під дією світла сонця. Так утворюється електричний струм в сонячних батареях. Тонкі жили з міді, якими покрита кожна батарея, відводять від неї струм і направляють за призначенням.


З допомогою однієї пластини можна живити енергією звичайну лампочку. Висновок напрошується сам собою. Для того, щоб сонячні батареї забезпечували будинок електрикою достатньої потужності, потрібно щоб їх площа була досить великою.

Кремнієві механізми

Отже, принцип роботи сонячної батареї зрозумілий. Струм виробляється при впливі ультрафіолетового світла на спеціальні пластини. Якщо в якості матеріалу для створення таких пластин використовується кремній, то батареї називаються кремнієвими (або кремневодородными). Подібні пластини вимагають дуже складних систем виробництва. Це, в свою чергу, сильно впливає на вартість виробів. Кремнієві сонячні батареї бувають різних типів.

Монокристалічні перетворювачі

Являють собою панелі зі скошеними кутами. Їх колір завжди чисто чорний. Якщо говорити про монокристалічних перетворювачах, то принцип роботи сонячної батареї коротко можна охарактеризувати як середньо ефективний. Усі клітинки світлочутливих елементів такої батареї спрямовані в одну сторону. Це дозволяє отримати найвищий результат серед подібних систем. ККД батарей цього типу досягає 25%.


Мінусом є те, що такі панелі повинні бути завжди звернені лицьовою стороною до сонця. Якщо сонце ховається за хмарами, опускається до горизонту, або ще не встигло зійти, то батареї будуть виробляти струм досить слабкої потужності.

Полікристалічні

Пластини цих механізмів завжди квадратні, темно-синього кольору. До складу їх поверхні включені неоднорідні кристали кремнію. ККД полікристалічних батарей не настільки високий, як у монокристалічних моделей. Він може досягати 18%. Однак цей недолік компенсується перевагами, про які буде сказано нижче. Принцип роботи сонячної батареї цього типу дозволяє виготовляти їх не тільки з чистого кремнію, але також з вторинних матеріалів. Цим пояснюються деякі дефекти, що зустрічаються в обладнанні. Відмінною особливістю механізмів даного типу є те, що вони можуть досить ефективно виробляти електричний струм навіть при похмурій погоді. Таке корисне властивість робить їх незамінними в місцях, де розсіяне сонячне світло є звичайним повсякденним явищем.

Аморфні панелі з кремнію

Аморфні панелі дешевше інших, це зумовлює принцип роботи сонячної батареї та її устрій. Кожна панель складається з декількох якнайтонших шарів кремнію. Їх виготовляють шляхом напилення частинок матеріалу у вакуумі на фольгу, скло або пластмасу. ККД панелей значно менше, ніж у попередніх моделей. Він досягає 6%. Кремнієві шари досить швидко вигоряють на сонці. Вже через півроку використання цих батарей їх ефективність впаде на 15%, а іноді і на всі 20. Два року роботи повністю вичерпають ресурс діючих речовин, і панель потрібно буде міняти. Але є два плюс, з-за яких ці батареї все ж купують. По-перше, вони працюють навіть у похмуру погоду. По-друге, як уже говорилося, вони не такі дорогі, як інші варіанти.

Фотоперетворювачі гібридного типу

Аморфний кремній є основою для розташування мікрокристалів. Принцип роботи сонячної батареї робить її схожою на полікристалічну панель. Відмінність батарей такого типу полягає в тому, що вони здатні виробляти електричний струм більшої потужності в умовах розсіяного сонячного світла, наприклад, у похмурий день або на світанку. Крім того, батареї працюють під впливом не тільки сонячного світла, але і в інфрачервоному спектрі.

Полімерні плівкові сонячні перетворювачі

У цієї альтернативи панелям з кремнію є всі шанси зайняти лідируюче положення на ринку сонячних батарей. Вони нагадують плівку, що складається з декількох шарів. Серед них можна виділити сітку алюмінієвих провідників, полімерний шар активного речовини, підкладка з органіки і захисної плівки. Такі фотоелементи, об'єднані один з одним, утворюють плівкову сонячну батарею рулонного типу. Ці панелі легше і компактніше кремнієвих. При їх виготовленні не використовується дорогий кремній, і сам процес виробництва не такий витратний. Це робить рулонну панель дешевше всіх інших.
Принцип роботи сонячної батареї робить їх ККД не надто високим. Він досягає 7%. Процес виготовлення панелей цього типу зводиться до багатошарового друкування на плівку фотоелемента. Виробництво налагоджено в Данії. Ще однією перевагою є можливість різати рулонну батарею і підганяти її під будь-який розмір і форму. Мінус лише один. Батареї тільки почали робити, тому ще досить непросто ними обзавестися. Але є привід вважати, що ці елементи швидко знайдуть заслужену хорошу репутацію серед споживачів, що дасть можливість виробникам налагодити виробництво в більш крупних масштабах.

Опалення сонячною енергією будинків

Принцип роботи сонячної батареї для опалення будинку кардинально відрізняє їх від всіх описаних вище засобів. Це зовсім інший пристрій. Опис слід нижче. Головною деталлю опалювальної системи, що працює на енергії сонця, є колектор, приймає його світло і перетворюють його в кінетичну енергію. Площа цього елемента може варіюватися від 30 до 70 квадратних метрів. Для кріплення колектора використовується спеціальна техніка. Пластини з'єднані між собою металевими контактами. Наступним компонентом системи є бойлер. У ньому відбувається трансформація кінетичної енергії в теплову. Він бере участь в нагріванні води, літраж якої може досягати 300 літрів. Іноді такі системи підтримуються додатковими котлами на сухому паливі. Завершують систему сонячного опалення настінні і підлогові елементи, в яких тонким мідним трубам, розподіленим по всій їх площі, циркулює нагріта рідина. Завдяки низькій температурі запуску панелей і рівномірності тепловіддачі, приміщення прогрівається досить швидко.

Як працює сонячне опалення?

Давайте детально розглянемо принцип роботи сонячних батарей від ультрафіолетового світла. Між температурою колектора і накопичувального елемента з'являється різниця. Носій тепла, що найчастіше є водою, в яку доданий антифриз, починає циркулювати про систему. Чинена рідиною робота є саме кінетичної енергією. По мірі проходження рідини через шари системи кінетична енергія перетворюється в тепло, яке і використовується для опалення будинку. Цей процес циркуляції носія забезпечує приміщення теплом і дозволяє зберігати його в будь-який час доби і року. Отже, ми з'ясували принцип роботи сонячних батарей.