Солнечные батареи

солнечная батарея

 

Солнечные батареи, они же солнечные панели или солнечные модули основаны на фотоэффекте который  преобразует световую энергию в электрическую.

 

История открытия солнечной батареи

Явление фотоэлектрического эффекта было впервые экспериментально продемонстрировано в 1939 году французским физиком Эдмондом Беккерелем (Edmond Becquerel).

В 1873 американский инженер Уиллоуби Смит описал эффект токопроводимости селена, который в последствии будет положен в основу фотоэлектрических ячеек.

В 1883 году Чарльз Фритц построил первый фотоэлектрический элемент путем покрытия полупроводникового селена тонким слоем золота, КПД такого устройства не превышало 1%.

В 1888 году русский физик Александр Столетов сформировал первый закон фотоэффекта: «Сила фототока прямо пропорциональна плотности светового потока».

В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил квантовую природу света и объяснил фотоэлектрический эффект, за это впоследствии он получил Нобелевскую премию по физике.

В 1946 году получен первый патент на «Светочувствительное электрическое устройство» оформленный на американского инженера Рассела Оля.

25 апреля 1954 года в Лаборатории Белла был впервые продемонстрирован первый рабочий образец солнечной батареи, работающий на фотоэффекте.  Изобретателями этого устройства считаются Дэрил Чапин, Кельвин Фуллер и Джеральд Пирсон.

 

Принцип работы солнечной батареи

солнечная батарея

 

Для того чтобы солнечный элемент мог вырабатывать электричество из него делают полупроводник типа «n-p» . Для этого, например, производят легирование Кремния (Si) металлами Фосфора (P) и Бора (B). В ту часть, куда добавили фосфор (валентность 5) создается ковалентная связь  с атомами кремния (валентность 4), в результате чего освобождается большое число электронов  и полупроводник набирает отрицательный заряд (n-тип). В другую же часть, напротив добавили Бор (валентность 3), при котором, имеют место отсутствующие электроны образуются «дыры» (p-тип). Под действием света начинается движение частиц из одного слоя в другой, возникает фото-ЭДС. Для того, чтобы снять ток с кремниевой пластины на ней предусмотрены токосъемные шины (отрицательный контакт), а также под всей поверхностью также имеется сплошная токосъемная пластина (на рисунке не показана, находится под пластиной кремния с бором, имеет положительный заряд).

 

Подключение солнечных батарей

солнечная батарея

Существует огромное множество схем подключения солнечных батарей, наверное, самым простым является подключение типа «Солнечная батарея — АКБ» и оно будет рабочим, однако для более комфортного использования энергии солнца все же необходимо немного усложнить эту схему, на наш взгляд начинающим владельцами солнечных электростанций необходимо иметь:

  1. Солнечную батарею
  2. Контроллер заряда, который будет следить за правильным и полным зарядом АКБ.
  3. Аккумуляторы, для сохранения энергии.
  4. Инвертор или преобразователь напряжения, -для того чтобы на выходе иметь стандартное напряжение в 220 В

На рисунке выше представлена схема подключения СБ к потребителю с щадящим использованием контроллера. При данной схеме потребитель получает заветное электричество минуя контроллер непосредственно с АКБ. Контроллер через выходы «Нагрузка»подает лишь управляющее напряжение на выводы реле, которое пускает ток с АКБ на преобразователь напряжения и оттуда к потребителю.

 

Плюсы солнечной батареи

1 . Автономность

Вы получаете свободу и чувство независимости от РАО ЕЭС. Чувство счастья не покидает вас, так как, вы «сделали систему».

2. Мобильность

Кажется, что времена когда нужно было ставить свой дом поближе к соседскому,  уже прошли. С солнечной батареей, вы еще дальше от своих соседей. Кроме того, солнечное электричество можно взять с собой и на пикник.

3. Авторитетность.

В России небольшая часть населения имеет доступ к возобновляемым источникам энергии,поверьте все будут с уважением смотреть на Вас.

5. Неиссякаемость

Теперь можно не волноваться за отсутвие запаса топлива для генератора в вашем доме.

6. Надежность

Солнечное электричество является надежным источником питания, срок эксплуатации панелей достигает более 20 лет.

7. Бесшумность и безвредность

Солнечные батареи представляют собой электрическое устройство в котором нет движущихся частей, кроме того при получении электричества не вырабатывается вредных веществ.

8. Возобновляемость

Завтра будет столько же солнца как и сегодня.

9. Образовательная функция

Большинство владельцев солнечных батареи заново открывают для себя курс физики и электротехники.

 

Минусы солнечной батареи

1.Дороговизна оборудования

Солнечная батарея, по прежнему, является дорогим источником энергии, который никогда не принесет вам прибыли. Дорогая установка, плюс постепенная деградация АКБ и самих солнечных элементов приводит к постепенному снижению эффективности установленных СБ.

2. Низкий КПД современных батарей