Принцип пристрою сонячної батареї

Сучасна сонячна батарея являє собою з`єднання фотоелементів, яке може перетворювати сонячне електромагнітне випромінювання в електричну енергію. Її основними складовими є фотоелементи, від кількості яких залежить виробляється напруга і сила струму. Пристрій сонячної батареї засновано на явищі внутрішнього фотоефекту, яке вперше було відкрито вченим Едмонд Беккерелем ще в 1839 році. У 1873 році інший учений Віллоубі Сміт зауважив такий ефект під час опромінення сонячним світлом пластини селену. Найбільшого поширення сонячні батареї отримали, починаючи з середини двадцятого століття.

Види сонячних батарей і їх призначення

В даний час використовується кілька різновидів сонячних батарей. Всі вони відрізняються тривалим терміном експлуатації, який часто перевищує 30 років. Це досягається за рахунок відсутності в конструкції механічних компонентів і витратних частин.

Найбільшого поширення сьогодні отримали три види фотоелементів:

1. монокристалічні;
2. полікристалічні;
3. Тонкоплівкові.

Найпоширенішим видом є полікристалічні панелі, які відрізняються оптимальним співвідношенням ціни та ефективності. У більшості випадків їх ККД досягає 12-13%. Ці батареї відрізняються кристалічною структурою і синім кольором. Монокристалічні сонячні панелі є більш ефективними, так як їх ККД досягає 15-16%. Однак, з урахуванням вартості одиного вата потужності, їх використанні обходитися дорожче.

Монокристалічні і полікристалічні батареї мають схожі функції:

• освітлення житлових будинків, господарств, тепличних комплексів;
• освітлення садової, паркової зони, вулиць;
• забезпечення електроенергією медичні та телекомунікаційні прилади;
• енергопостачання систем подачі і очищення води;
• підзарядка ноутбуків, мобільних телефонів.

Тонкоплівкові володіють самим низьким ККД, який не перевищує 12%. У той же час, за рахунок низької ціни фотоелементів, які входять в конструкцію, один ват потужності електроенергії тут обходитися дешевше, ніж в інших батареях. До того ж, тонкоплівкові панелі займають в 2-3 рази більшу площу, ніж моно- і полікристалічні. Тому, їх краще використовувати для харчування великих систем потужністю понад 10 кВт.

З якого матеріалу виготовляються сонячні батареї

найбільш поширеним матеріалом для виготовлення сонячних панелей є кристалічний кремній. Монокристалічний кремній виготовляється за методом Чохральського або тигельна способом. Більш простим для виготовлення вважається полікристалічний кремній, який за структурою являє собою сукупність кристалів. Також в якості матеріалу для виготовлення фотоелементів може використовуватися стрічковий кремній. Для його виробництва два тонких шару кремнію накладаються один на одного. Він дешевший у виготовленні, але і менш ефективний.

Основні елементи сонячної батареї

Сучасне пристрій сонячної батареї передбачає обов`язкову наявність міцного корпусу, в якому будуть розміщуватися фотоелементи. Це пов`язано з крихкістю панелей. Корпус являє собою коробку невеликого розміру з невеликими бічними ребрами. При цьому, ребра не повинні заважати сонячному світлу потрапляти на виходи елементів. Розмір коробки визначається кількістю сонячних елементів. Наступним елементом конструкції є підкладка, яка розташовується в корпусі прямо на панелі. Перед установкою підкладки корпус потрібно обробити спеціальними фарбами, які мають стійкість до мікроорганізмів і вологи. Крім того, в корпусі повинні бути вентиляційні отвори, за рахунок яких буде підтримуватися певна температура і виводитися гази, які виділяються під час роботи батареї в незначній кількості.

технологія виготовлення

Спочатку слід спаяти фотоелементи між собою. Якщо ви купили елементи з металевими виступами, то тоді можна просто спаяти вушка батарей між собою. Робити це потрібно дуже уважно і акуратно. Після пайки з`єднані компоненти необхідно приклеїти до підкладки у верхній частині панелі. Це краще зробити за допомогою спеціального силіконового клею, який ніяк не перешкоджає проникненню сонячних променів. Крім того, він сприяє нормальному теплообміну. Однак, не перестарайтеся з клеєм, так як це може привести до пошкодження батарей. Клеїти потрібно тільки центр клітин. Далі все елементи потрібно з`єднати з проводом, який подається в одній з заздалегідь передбачених вентиляційних отворів. Для закріплення проводу до сонячних елементів краще використовувати силіконову мастику.

На наступному етапі поверх панелей встановлюється оргскло. Однак, до цього слід підключити діод Шотткі від чутливих теплопровідних компонентів. Цей діод послужить блокуючим пристроєм, який захистить фотоелементи при перепадах напруги. Крім того, діод Шотткі буде відключати харчування системи при маленькій потужності електромережі. Так акумулятори, що заряджаються від сонця, чи не будуть розряджатися при припиненні живлення. Коли діод буде підключений, можна ставити оргскло і закріплювати його гвинтами. Технологія виготовлення сонячних панелей є досить простою і зрозумілою. Єдине, важливо правильно дотримуватися послідовність з`єднання, інакше вся система не буде працювати.

Як працює сонячна батарея

Принцип роботи сонячної батареї заснований на наявності напівпровідника у вигляді двох пластин, з`єднаних один з одним. Кожна пластина виготовляється з кремнію з використанням додаткових домішок. Завдяки цьому пластини мають свої унікальні властивості. Перша з них має надлишок валентних електронів, а друга має недолік цих електронів. Ці напівпровідники отримали назву n і p. Якщо ці напівпровідники з`єднати в єдине ціле, то можна отримати PN-перехід в місці контакту між ними. У той час, коли на батарею потрапляють прямі сонячні промені, на обох сторонах цього переходу починають накопичуватися позитивні і негативні плаваючі навантаження. В результаті генерується напруга і виникає магнітне поле. Якщо під`єднати до такого елементу провід, по ньому потече електрику.

Як підключити сонячну батарею

Як тільки ви створите сонячну панель, можна починати займатися її підключенням. Можна не підключати її безпосередньо до мережі, щоб уникнути втрат електроенергії. Тобто, бажано встановити автономну систему з акумуляторами. Вони будуть заряджатися від сонячних батарей кожен день і швидко розряджатися. При цьому, глибина розрядки може бути досить суттєвою. Тому, акумулятори можуть швидко вийти з ладу. Для того, щоб цього не сталося, краще залишити підключення до мережі через гібридний батарейний інвертор. Це пристрій буде віддавати фотоелементів пріоритет при розподілі навантаження. Інвертор не віддаватиме надлишки електроенергії в мережу, а буде передавати її на акумулятори. Такий варіант є одним з найбільш оптимальних. Ця система складається з гібридного інвертора, контролера заряду сонячних панелей і акумуляторів. Такий механізм зможе працювати не тільки як основна, а й як резервна система електроживлення.