Свет в энергию: как работают солнечные батареи
Полупроводниковые фотоэлементы состоят из двух слоёв с разной проводимостью — катода (материал с лишними электронами в атомах, n-тип) и анода (материал с недостающими электронами в атомах, p-тип). Попадающие на фотоэлемент солнечные лучи из n-типа атомы «выбивают», а их улавливает p-тип. Электрическое поле заставляет атомы двигаться в определённом направлении, что позволяет получать энергию.
Поскольку процесс этот продолжается бесконечно, вырабатывающаяся во время него энергия запасается в аккумуляторах и в дальнейшем используется для нужд человека. Таким образом солнечная батарея представляет собой экологически чистый источник возобновляемой энергии.
Наиболее распространённым в современной промышленности фотоэлементом является фотоэлемент на основе кремния, но не в чистом виде, а с определёнными примесями. Кроме того, кремний хорошо отражает свет, что плохо для солнечной батареи, поэтому фотоэлементы покрывают антибликовым покрытием. А сами пластины батарей дополнительно защищают от внешнего воздействия.
Солнечные батареи отличаются относительно небольшим коэффициентом полезного действия (около 10−25% и лишь немногие имеют КПД порядка 40%, но в перспективе он может вырасти до 85%), а кроме того такие панели имеют ряд существенных недостатков.
Поскольку для работы батарей нужно солнце, их размещают там, где есть доступ к солнечным лучам, но при этом нагревание самих фотоэлементов приводит к снижению их производительности. А если какая-то часть батареи оказывается в тени, то она становится паразитной нагрузкой для всей цепи, вызывая падение выходного напряжения.
Кроме того солнечные батареи должны быть достаточно большими по площади, чтобы вырабатывать достаточную энергию. При этом батареи абсолютно бесполезны в тёмное время суток и малоэффективны в сумерки или плохую погоду.
Тем не менее работы по совершенствованию солнечных батарей продолжаются, но даже в нынешнем виде эти элементы используются в портативной электронике, в энергообеспечении зданий и транспортных средств, включая самолёты, а также космических аппаратов.
Обсудить 0
