Солнечная батарея: принцип работы

Солнечная батарея служит для преобразования энергии солнечного излучения в электрический ток. В отличие от гелиосистем, в солнечной батареи происходит прямое преобразование солнечной энергии в электрическую.

Строго говоря, само выражение - «солнечная» батарея - не очень верный, гораздо точнее употреблять термин «фотоэлектрическая» или «фотогальваническая». Ведь главной частью является фотоэлемент (фотоэлектрический модуль), в котором и происходит преобразование солнечной энергии (энергии фотонов) в энергию электрического тока.

В основе преобразования солнечной энергии в электрическую лежит фотоэлектрический эффект, который возникает при воздействии солнечного излучения (точнее говоря - фотонов) на неоднородную полупроводниковую структуру, которая больше известна как «pn переход».

Неоднородная структура утворюеть за счет легирования полупроводника различными примесями - например, на одну пластину наносится слой фосфора (как вариант - мышьяк), а на другую - слой бора. В результате, на легированной фосфором пластине возникает избыток электронов, а на покрытой лесом - их недостаток, хотя обычно принято говорить об образовании дыр. Поглощая энергию фотонов света, электроны начинают движение, преодолевая pn переход - упорядоченное движение заряженных частиц и вызывает образование тока. На пластины полупроводника поят тонкие полоски меди - токосъемники, из которых ток направляется к потребителю. Именно поэтому, если рассматривать как устроена солнечная батарея, именно фотоэлектрические преобразователи определяют производительность солнечной батареи.

Теоретически, чем больше солнечной энергии поглощает полупроводник, тем больше электроэнергии он должен генерировать. На самом деле, производительность фотоэлектрических преобразователей зависит от множества факторов, главными из которых являются характеристики используемого полупроводника. На сегодняшний день самую высокую эффективность (КПД) демонстрирует солнечная батарея, изготовленная на основе поликристаллического или монокристаллического кремния - средний показатель составляет 17%. Но уже сейчас компании, лидирующие на рынке производства фотоэлектрических модулей, изготавливают солнечные панели с КПД, превосходит 20%. Меньший КПД (около 12%) имеют солнечные батареи, изготовленные на основе аморфного кремния , Но они имеют очень важное преимущество - гибкость. Одним из направлений повышения эффективности (производительности) солнечных батарей является поиск альтернативных кремния полупроводников, а также использования в производстве фотоэлектрических панелей таких компонентов, как галлий, кадмий, селен, теллурид и т.д.

Совершенствование технологии, повышение КПД и снижение стоимости солнечных батарей привело к тому, что солнечная энергетика уже в глобальном масштабе изменила промышленную электроэнергетике. В 2017 году суммарная мощность всех установленных солнечных батарей составила 90 ГВт - это равно мощности энергогенерирующей системы такой страны, как Турция. Себестоимость «солнечной» электричества уже может конкурировать с традиционными источниками энергии даже без применения таких стимулирующих инструментов, как зеленый тариф .