Розрахуємо потужність потрібних сонячних батарей

Всі сучасні енергоносії не нескінченні. Запаси нафти, вугілля і навіть уранової руди - обмежені і можуть бути вичерпані в доступному для огляду майбутньому, і тільки енергія Сонця буде з нами, поки існує Земля. Єдиний спосіб швидко перетворити світло в доступну форму - використовувати сонячні батареї. Будинки, в офісі, в турпохід сонячна енергія - це невичерпне джерело електрики.

Як сонячне світло перетворюється в електрику?

Спосіб перетворення енергії простий - два шари з різних напівпровідників (різних за хімічним складом) з прикріпленими до них електродами, між ними гранична зона. Сонячне світло «вибиває» електрони з верхнього шару, вони проскакують в нижній, а спрямований рух негативно заряджений часток і є струм.

Схема надійна, але ось ефективність сонячних батарей рідко буває більше 20%, а самі загальновживані мають показник ККД 9 - 11%

Чому пряме перетворення світла так малоефективно?

Перші «винні» в цьому - фотони. Чи не кожен з них вкладає свою енергію в переміщення електронів. Частина відбивається від поверхні і відлітає, тому доводиться наносити на фотоелементи покриття антивідблиску. Найменше при цьому енергії втрачається, коли світло падає під прямим кутом. Сучасні набори батарей автоматично змінюють розташування по відношенню до Сонця для збільшення вироблення енергії.

Основна маса і зовсім нагріває елемент, прискорюючи рух атомів, що призводить до більш інтенсивного змішання речовин і зростання тієї самої граничної зони між напівпровідниками. Таким чином енергія виявляється витраченої не тільки даремно, але і на шкоду - чим більша відстань між шарами, тим менше електронів зможе його подолати. Щоб уникнути цього, сонячні батареї в жарку погоду охолоджують вентиляцією або гідравлічними системами.

Другий «винуватий» - тінь. Тінь від Землі знижує ККД сонячних панелей в глобальному сенсі - вночі не надходить сонячна енергія. Локальні тіні - від пташок, гілок, хмар, шару пилу - заважають роботі днем. Якщо частина зібраних в систему фотоелементів затемнена, то вони не виробляють електрику, а навпаки - поглинають енергію, що виробили «сусіди». Щоб уникнути цього, доводиться розмежовувати елементи - встановлювати діоди, що запобігають потраплянню струму в неосвітлені частини батареї.

Де використовуються сонячні батареї?

Що таке сонячна батарея сьогодні:

• незалежне джерело енергії для мікроелектроніки, наприклад, калькуляторів;
• зарядка для побутової техніки - від телефонів до планшетів;
• додатковий постачальник електричної енергії в окремих будівлях, підключених до загальної мережі;
• основний виробник струму в важкодоступних регіонах.

Без фотоелементів не можуть обійтися космонавтика, різноманітні пересувні комплекси. Як джерело енергії батареї встановлюють на автомобілі і кораблі.

Установка сонячних панелей як джерела енергії в будинку на тлі кризи енергоносіїв цікавить багатьох.

У них є плюси:

• Вони вічні. Гарантований термін служби комерційних панелей - 25 років з втратою продуктивності не більше 5%. Фактично фотоелементи не ламаються взагалі - нема чому! Єдине, що їм загрожує - механічні пошкодження.
• Абсолютно автономні. Скрізь де є сонячна енергія, батареї будуть працювати! Без палива, без складного обслуговування - тільки стеж, щоб не затінювалися пилом або сміттям.
• Свобода конфігурації. Енергії сонячних панелей можна набрати на будь-яку потрібну потужність, аби вистачило місця для установки.

Але все псують мінуси:

• Основна причина, що заважає широкому використанню сонячної енергії - це дорожнеча. Винен в цьому кремній, який є невід`ємною частиною напівпровідників. Цей найпоширеніший в світі елемент зустрічається тільки в забрудненому вигляді, а очищення від домішок - складна процедура, яку ніяк не можуть здешевити.
• Низька продуктивність, яка вкупі з високою вартістю, роблять використання сонячних панелей економічно невигідним. Теоретичні розрахунки говорять, що в приватному будинку батарея окупить себе за 25 років, але на практиці це ще нікому не вдалося.
• Необхідність використання акумуляторів. Крім мікроелектроніки, сонячні батареї задіють накопичувачі, а це додаткові витрати і додаткове зниження ККД. З цієї ж причини не виходить додати в плюси сонячних панелей екологічність: виробництво акумуляторів на сьогодні - одне з найшкідливіших.

Ось і виходить, що сонячні батареї це не найкращий спосіб використання енергії Сонця.

Як ще використовують «паливо майбутнього»?

В першу чергу - для обігріву.

Сонячні колектори для нагрівання теплої води зустрічаються ледь не в кожному окремому будинку. Вони прості в обслуговуванні, примітивні варіанти можна зробити самостійно, а низька ефективність компенсується дешевиною. Промислові сонячні системи працюють цілий рік, і хоча самостійно з обігрівом цілої будівлі впоратися не можуть, зате знижують споживання енергії з інших джерел.

Сонячна енергія невичерпна і нескінченна, використовувати її ефективно - актуальне завдання людства.