General, Research, Technology

Як працюють сонячні батареї

Сонце є і буде завжди! Можливо, це занадто смілива заява, але це дійсно так. По крайней мере, з точки зору людства. Нехай воно і вибухне через скільки-то там мільйонів років, але на той час ми вже покинемо цю планету або самі, або у вигляді купки попелу, яку розвіє в космосі черговий величезний камінь, що налетів на наш блакитну кульку. Саме через таку стабільності Сонця його можна і потрібно використовувати для отримання енергії. Люди вже давно навчилися це робити і зараз продовжують удосконалювати технології сонячної енергетики. Але як же працюють сонячні панелі, батареї і взагалі, як можна перетворити світло в електрику всередині розетки?

Сонячні панелі дозволяють зробити електрику мало не безкоштовним.

зміст

  • 1 Коли з'явилися сонячні батареї
  • 2 Як працюють сонячні панелі
  • 3 Як напівпровідники виробляють електрику?
  • 4 Ефективність сонячних панелей

Коли з'явилися сонячні батареї

Сонячні батареї були винайдені досить давно. Вперше ефект перетворення світла в електрику був виявлений Олександром Едмоном Беккерелем в 1842 році. Для створення перших прототипів знадобилося майже сто років.

В 1948 році, а саме 25 березня, Італійський фотохімік Джакомо Луїджі Чемічанзміг зробити те, що ми тепер використовуємо і розвиваємо. Через 10 років в 1958 році технологія вперше була випробувана в космосі в якості елемента живлення американського супутника, названого "Авангард-1". Супутник був запущений 17 березня, а вже 15 травня того ж року це досягнення повторили в СРСР (апарат "Супутник-3"). Тобто технологи почала масово застосовуватися в різних країнах майже одночасно.

Використання сонячних панелей в космосі - звичайна практика.

Подібні конструкції застосовуються в космосі до сихпір, як важливе джерело енергії. А ще їх використовують на Землі для забезпечення енергією будинків і навіть цілих міст. А ще їх почали вбудовувати в цивільні електромобілі для забезпечення більшої автономності.

Як працюють сонячні панелі

Варто трохи уточнити, що поняття "сонячнабатарея »не дуже правильне. Точніше правильне, але не має відношення до тих систем харчування, про які ми говоримо. Батарея там звичайна, але отримує енергію від сонячних панелей, які перетворюють в електрику світло сонця.

Є і ще одна енергія майбутнього - токамак. Просто про термоядерний реактор, якого поки немає.

В основі сонячної панелі лежать фотоелектричніосередки, які поміщені всередину загальної рами. Для створення таких осередків найчастіше використовується кремній, але можливе використання і інших напівпровідників.

Енергія виробляється в той момент, коли нанапівпровідник потрапляє сонячне проміння і нагрівають його. В результаті цього усередині напівпровідника вивільняються електрони. Під дією електричного поля електрони починають рухатися більш впорядковано, що і призводить до появи електричного струму.

Приблизно так виглядає сонячна панель.

Для того, щоб отримати електрику, требапідключити контакти до обох сторін фотоелемента. В результаті цього він почне живити електрикою підключений споживач або просто заряджати батарею, яка потім буде віддавати електрику в мережу, коли це знадобиться.

Tesla може зробити електричну «маршрутку» на базі Model 3

Основний упор на кремній робиться через його кристалічних особливостей. Втім, в чистому вигляді кремній сам по собі є поганим провідником і для зміни властивостей до нього робиться вкрай мала кількість домішок, які покращують його провідність. В основному в число домішок входить фосфор.

Як напівпровідники виробляють електрику?

Напівпровідник є матеріалом, в атомах якого або є зайві електрони (n-тип), Або їх не вистачає (p-тип). Тобто напівпровідник складається з двох шарів з різною провідністю.

В якості катода в такій схемі використовуєтьсяn-шар. Анодом є p-шар. Тобто електрони з першого шару можуть переходити в другій. Перехід відбувається за рахунок вибивання електронів фотонами світла. Один фотон вибиває один електрон. Після цього вони, проходячи через акумулятор, потрапляють назад в n-шар і все йде по колу.

Коли енергія вироблена, все починається по колу, а світло завжди горить.

В сучасних сонячних панелях якнапівпровідника використовується кремній, а починалося все з селену. Селен показав вкрай низький ККД - не більше одного відсотка - і йому відразу стали шукати заміну. Зараз кремній в цілому задовольняє вимоги промисловості, але є у нього і один істотний мінус.

Як пов'язані коронавірус, сонячні панелі і забруднення повітря?

Обробка і очищення кремнію для приведення його дотого виду, в якому його можна буде використовувати, є досить витратною процедурою. Щоб знизити вартість виробництва, проводять експерименти з його альтернативами - міддю, индием, галіем і кадмієм.

Ефективність сонячних панелей

Є у кремнію ще один мінус, який не такістотний, як вартість, але з яким теж треба боротися. Справа в тому, що кремній дуже сильно відбиває світло і через це елемент виробляє менше електрики.

Навіть повісивши стільки панелей, все одно треба забезпечувати їх належне функціонування. У тому числі боротися з віддзеркаленням світла.

Як сонячне світло впливає на продуктивність людини?

Для того, щоб зменшити такі втрати,фотоелементи покривають спеціальним покриттям проти відблисків. Крім такого шару, треба використовувати і захисний шар, який дозволить елементу бути більш довговічним і протистояти не тільки дощу і пилу, але навіть падаючим гілках невеликого розміру. При установці на даху будинку це дуже актуально.

Сонце-сила! Її треба використовувати!

Незважаючи на загальну задоволеність технологією іпостійну боротьбу за поліпшення показників, сучасним сонячним панелям все одно є куди прагнути. На даний момент масово виробляються панелі, які переробляють до 20 відсотків потрапляє на них світла. Але є і більш сучасні панелі, які поки "доводяться до розуму" - вони можуть переробляти до 40 відсотків світла.

А взагалі, сонячна енергетика це круто! І пам'ятайте, навіть при такому «палючим» сонце система буде працювати.