1.14. Принцип роботи фотоелементів

Принцип роботи фотоелементів з яких складається сонячна батарея , заснований на фотогальванічному ефекті. Цей ефект спостерігав Олександр Едмунд Беккерель в 1839 році. Згодом роботи Ейнштейна в області фотоефекту дозволили описати явище кількісно. Досліди Беккереля показали, що променисту енергію сонця можна трансформувати в електричну за допомогою спеціальних напівпровідників, які пізніше отримали назву фотоелементи.

Взагалі такий спосіб отримання електрики повинен бути найбільш ефективнішим, тому є одноступінчастим. В порівнянні з іншою технологією перетворення сонячної енергії через термодинамічний перехід (промені-нагрівання води – пар – обертання турбіни - електрика), менше енергії витрачається на переходи.

На сьогоднішній день більше 2 мільярдів людей на планеті все ще залежать від дрів і газу для приготування їжі і обігріву приміщень. Це призводить до значних негативних наслідків для здоров'я, довкілля і економічного розвитку.

Зараз впровадження нетрадіционних джерел енергії, автономних і децентралізованних, вигідніше, як з економічної, так і з екологічної точки зору. Викопне паливо стає джерелом енергії минулого, яке не може забезпечити  розвиток людства в довгостроковій перспективі. Сьогодні в майбутнє сміливо просуваються інші форми енергії, одна з яких – ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ.

Центральна Європа  – сонячний регіон, тому використання сонячних фотоелектричних панелей тут, особливо актуально.

Сонячна фотоелектрична система  - це сонячна електростанція, в якій використовується спосіб прямого перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію. Установка складається з набору сонячних модулів - панелей, які розміщуються на опорній конструкції або даху житлового будинку, акумуляторної батареї, регулятору заряду-разряду акумулятора, і інвертора, на випадок, коли необхідно мати напругу змінного струму.

Основним компонентом для побудови фотоелектричних систем  є сонячні  панелі. Вони збираються з окремих сонячних елементів, принцип роботи яких побудований на основі явища внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках. У фотоелектричних перетворювачах сонячної енергії використовується кремній з добавками інших елементів, які створюють структуру з р-n-переходом. Причому товщина напівпровідника не перевищує 0,2 – 0,3 мм.

Рис 1.3 Будова сонячного елемента

Виділяють 2 типи фотоелектричних систем: автономні і сполучені з електричною мережею. Станції другого виду віддають надлишки електричної енергії в мережу, яка служить резервом в разі виникнення внутрішнього дефіциту електричної енергії. Наприклад, агрегат для дачного будиночку може складатися з двох фотоелектричних панелей загальною потужністю 100 Вт і акумуляторної батареї на 100 ампер/годин. Така установка може виробляти досить енергії для освітлення, роботи телевізора, маленького холодильника і насосу для поливу.

Сонячні фотоелектричні системи володіють такими перевагами:

• Їх робота технічно дуже проста, немає частин, що обертаються, і немає потреби в експлуатаційному  обслуговуванні, окрім періодичного очищення поверхні сонячних панелей.

• Сонячні панелі виробляють електроенергію, яка може запасатися в акумуляторних батареях і споживатися залежно від ємкості акумуляторної батареї.

• Вироблення електричної енергії фотоелектричним процесом абсолютно безшумне і не випускає жодних вуглекислотних і інших токсичних випарів.

• Фотоелектричні сонячні панелі необхідні і незамінні у важкодоступних і видалених районах, де створення ліній електропередач економічно невигідно.

Кремній, з якого виготовляються сонячні елементи, називають “нафтою 21-го століття”. Розрахунки показують, що сонячний елемент з ККД 15 %, на яких пішло 1 кг кремнію, за 30 років служби можуть виробити 300 Мвт*год електроенергії. Таку кількість електроенергії можна отримати, витративши 75 т нафти (з врахуванням ККД теплоелектростанцій 33 % і теплотворній здатності нафти 43,7 Мдж/кг). Таким чином, 1 кг кремнію виявляється еквівалентний 75 т нафти.