Робота над сонячною енергією

Сучасне людство давно вже почало розуміти, що енергія, що отримується з нафтових продуктів і газу далеко не нескінченна, а з сучасні темпи її споживання скоро зведуть нанівець світові запаси палива. Корисні копалини з яких можна добути хоч трохи енергії рано чи пізно закінчаться. Майбутнє в цьому напрямку енергетики лежить в напрямку природних стихій. Зокрема до таких стихіям можна віднести вітер, воду і, звичайно ж, сонце.

Принцип роботи вітряного генератора і гідроелектростанції в якійсь мірі схожі між собою, і не викликають ніяких труднощів у розумінні, а ось перетворення енергії сонця в електроенергію процес не такий вже й простий, як може здатися на перший погляд.

Трохи з історії

Якщо зазирнути в історію, то першим зародженням сонячної батареї можна вважати 1839 рік. Саме в цьому році французький вчений фізик Олександр Едмон Беккерель, який займається в той час вивченням сонячного спектра і впливом його на тіла, провів експеримент і зміг візуально довести наявність фотогальванічного ефекту.

Звичайно, це було тільки подобу сонячної батареї в тому вигляді, в якому вона відома широкому колу людей на планеті. Але через майже півстоліття, в Америці, вченим Чарльзом Фріттс було створено подобу найпершої сонячної батареї. І хоч коефіцієнт корисної дії такої батареї був близько одного відсотка, ця подія стала початком роботи над освоєнням нового джерела енергії на планеті. Джерела, який з часом зможе змагатися з вітряними генераторами і гідроелектростанціями.

широке використання сонячних модулів почалося з 1946 року, після того як роботи по збільшенню продуктивності пристроїв були запатентовані. А в 1957 році сонячні батареї вже були запущені в космос в складі штучного супутника землі. Цей політ показав, що робота сонячних батарей може не тільки забезпечувати енергією супутники, а є єдиним можливим джерелом харчування для безперебійної роботи таких автономних пристроїв в космосі.

Пристрій і принцип роботи

В даний час сонячні перетворювачі виготовляються переважно з кремнію. Розрізняють два види сучасних технологій, на основі яких працюють батареї. Перша це полікристалічна і монокристалічна. Полікристалічна дешевша і як наслідок менше ефективна технологія. Монокристалічна дорожча, що пов`язано в основному з трудомісткою технологією виробництва, а точніше вирощування, монокристалів.

Незважаючи на велику вартість у порівнянні зі своїм побратимом, така сонячна батарея дає більше електроенергії й експлуатаційний ресурс її значно довше. Що в сукупності робить монокристаллический сонячний модуль найбільш привабливим для застосування його в повсякденному житті.

Робота сонячного елемента пов`язана з його конструкцією. Складається він із зовнішніх пластин, виконаних з кремнію, з різними властивостями провідності і внутрішнього шару, що складається з чистого монокристалічного кремнію. Внутрішній шар має певну провідність. Таку провідність металу в фізиці називають ще доречнийпровідністю. Один із зовнішніх провідників тонше протилежної шару і покритий спеціальним шаром, що створює цілісний металевий контакт.

Список електропродуктов можна подивитися тут.

При попаданні на один із зовнішніх шарів сонячного світла утворюється фотогальванічний ефект, що призводить до утворення в цьому шарі вільних електронів. Ці частинки отримують додаткову енергію і здатні подолати внутрішній шар елемента, який в даному випадку називається бар`єром. Чим більше обсяг сонячного світла, тим інтенсивніше відбувається процес проходження або перестрибування частинок від однієї зовнішньої пластини до іншої, минаючи внутрішню перегородку. При замиканні зовнішніх пластин з`являється напруга. Та пластина, яка інтенсивно віддає частки, утворюючи в собі так звані дірки, набуває знак мінус, а яка приймає, утворює знак плюс.

матеріали майбутнього

У промисловому масштабі основним матеріалом для якісної роботи сонячних батарей застосовують кремній. Кремній належить групі найпоширеніших на планеті речовин. Єдиний мінус це його не однорідність. У чистому вигляді, в якому він необхідний для виробництва, він не тільки не зустрічається, а навпаки, включає в себе безліч непотрібних домішок, від яких доводиться позбуватися для застосування його в виготовленні сонячних модулів. У зв`язку з цим не зупиняється освоєння нових матеріалів, які будуть ефективніше виробляти електричну енергію. Зараз в розробках вчених фігурують діселеніда кадмію і міді, а також телурид кадмію.

Функціональність сонячних батарей в похмуру погоду або взимку

Сонячні джерела живлення - чудовий винахід людства, але що робити, якщо основним атрибутом працездатності такої батареї це наявність сонячного світла. Взимку і восени природа не балує нас теплом і за вікном доводитися спостерігати в основному похмуру або дощову погоду.

Як показує досвід роботи сонячних панелей в зимовий час, коефіцієнт вироблення енергії зменшується майже в п`ять разів. А якщо врахувати, що продуктивність цих батарей в принципі нижче стандартних джерел енергії, то це все робить сонячні батареї майже марними взимку.

На довершення до всього можна відзначити трудомісткість обслуговування панелей в зимову пору року, особливо якщо періодично випадають опади.

До речі що стосовно опадів, дощ це півбіди, а ось сніг, який налипає на робочі площині батарей, доведеться ще й чистити.

Причому чистити дуже акуратно і ретельно, так як кожна подряпина або будь-яке інше механічне пошкодження окремих блоків знижує ефективність панелі в цілому. Про опади у вигляді граду можна навіть не згадувати, бо вони тягнуть за собою не просто низьку вироблення електрики, а й механічні пошкодження модулів і подальші витрати на їх відновлення.

І все ж, можна збільшити вироблення електроенергії в похмурий період. Взимку дуже затребувані спеціалізовані апарати стеження за сонцем, що дозволяють моноблоку перебувати постійно під потрібним кутом до сонця. Це необхідно, тому що при відхиленні поверхні сонячної батареї від сонячних променів продуктивність зменшується. І чим більше кут, тим менше електроенергії надходить до джерела. Такі апарати називаються геліостати.

З усіх особливостей, використання сонячних батарей в зимову пору року, можна відзначити тільки один плюс, це постійне охолодження панелі. Справа в тому, що нагрів згубно впливає на вироблення струму, тому взимку можна не замислюватися про наявність спеціальних охолоджувальних систем.

перспективи

Наукова діяльність щодо поліпшення сонячних батарей не стоїть на місці. З кожним днем ​​висуваються нові теорії і проводяться нові дослідження, як в області конструкції, так і в області застосовуваних матеріалів для виготовлення панелей. Багато що вже змінилося з моменту винаходу першого прототипу. І якщо в той час сонячна батарея була більше технічним проривом і якимось дивом науки, то зараз цей винахід людського розуму все частіше і наполегливіше заявляє свої права на звання самого екологічно чистого і потужного пристрою для вироблення електричного струму на планеті.