Заряд солнечных батарей
Содержание:
  • Как солнечный свет превращается в электричество?
  • Почему прямое преобразование света так малоэффективно?
  • Где используются солнечные батареи?
  • Как еще используют «топливо будущего»?

Все современные энергоносители не бесконечны. Запасы нефти, угля и даже урановой руды — ограничены и могут быть исчерпаны в обозримом будущем, и только энергия Солнца будет с нами, пока существует Земля. Единственный способ быстро преобразовать свет в доступную форму — использовать солнечные батареи. Дома, в офисе, в турпоходе солнечная энергия — это неисчерпаемый источник электричества.

Как солнечный свет превращается в электричество?

Способ преобразования энергии прост — два слоя из разных полупроводников (разных по химическому составу) с прикрепленными к ним электродами, между ними граничная зона. Солнечный свет «выбивает» электроны из верхнего слоя, они проскакивают в нижний, а направленное движение отрицательно заряженный частиц и есть ток.

Схема надежная, но вот эффективность солнечных батарей редко бывает больше 20%, а самые общеупотребительные имеют показатель КПД 9 — 11%

Почему прямое преобразование света так малоэффективно?

Первые «виноватые» в этом — фотоны. Не каждый из них вкладывает свою энергию в перемещение электронов. Часть отражается от поверхности и улетает, поэтому приходится наносить на фотоэлементы антибликовое покрытие. Меньше всего при этом энергии теряется, когда свет падает под прямым углом. Современные наборы батарей автоматически меняют расположение по отношению к Солнцу для увеличения выработки энергии.

Основная масса и вовсе нагревает элемент, ускоряя движение атомов, что приводит к более интенсивному смешению веществ и росту той самой граничной зоны между полупроводниками. В результате энергия оказывается потраченной не только впустую, но и во вред — чем большее расстояние между слоями, тем меньше электронов сможет его преодолеть. Чтобы избежать этого, солнечные батареи в жаркую погоду охлаждают вентиляцией или гидравлическими системами.

Второй «виноватый» — тень. Тень от Земли снижает КПД солнечных панелей в глобальном смысле — ночью не поступает солнечная энергия. Локальные тени — от птичек, веток, облаков, слоя пыли — мешают работе днем. Если часть собранных в систему фотоэлементов затемнена, то они не производят электричество, а наоборот — поглощают энергию, что выработали «соседи». Чтобы избежать этого, приходится разграничивать элементы — устанавливать диоды, предотвращающие попадание тока в неосвещенные части батареи.

Спутник и земля

Читайте также:

Где используются солнечные батареи?

Что такое солнечная батарея сегодня:

  • независимый источник энергии для микроэлектроники, например, калькуляторов;
  • зарядка для бытовой техники — от телефонов до планшетов;
  • дополнительный поставщик электрической энергии в отдельных зданиях, подключенных к общей сети;
  • основной производитель тока в труднодоступных регионах.

Без фотоэлементов не могут обойтись космонавтика, разнообразные передвижные комплексы. В качестве источника энергии батареи устанавливают на автомобили и корабли.

солнечные панели

Установка солнечных панелей как источника энергии в дома на фоне кризиса энергоносителей интересует многих.

У них есть плюсы:

  • Они вечные. Гарантированный срок службы коммерческих панелей — 25 лет с потерей производительности не более 5%. Фактически фотоэлементы не ломаются вообще — нечему! Единственное, что им угрожает — механические повреждения.
  • Абсолютно автономные. Везде где есть солнечная энергия, батареи будут работать! Без топлива, без сложного обслуживания — только следи, чтобы не затенялись пылью или мусором.
  • Свобода конфигурации. Энергии солнечных панелей можно набрать на любую нужную мощность, лишь бы хватило места для установки.

Но все портят минусы:

  • Основная причина, мешающая широкому использованию солнечной энергии — это дороговизна. Виноват в этом кремний, являющийся неотъемлемой частью полупроводников. Этот самый распространенный в мире элемент встречается только в загрязненном виде, а очистка от примесей — сложная процедура, которую никак не могут удешевить.
  • Низкая производительность, которая вкупе с высокой стоимостью, делают использование солнечных панелей экономически невыгодным. Теоретические расчеты говорят, что в частном доме батарея окупит себя за 25 лет, но на практике это еще никому не удалось.
  • Необходимость использования аккумуляторов. Кроме микроэлектроники, солнечные батареи задействуют накопители, а это дополнительные затраты и дополнительное снижение КПД. По этой же причине не получается добавить в плюсы солнечных панелей экологичность: производство аккумуляторов на сегодня — одно из самых вредных.

Вот и получается, что солнечные батареи это не лучший способ использования энергии Солнца.

Как еще используют «топливо будущего»?

В первую очередь — для обогрева.

Солнечные коллекторы для нагревания теплой воды встречаются едва не в каждом частном доме. Они просты в обслуживании, примитивные варианты можно сделать самостоятельно, а низкая эффективность компенсируется дешевизной. Промышленные солнечные системы работают круглогодично, и хотя самостоятельно с обогревом целого здания справиться не могут, зато снижают потребление энергии из других источников.

солнечные батареи для дома

Солнечная энергия неисчерпаема и бесконечна, использовать ее эффективно — актуальная задача человечества.

Читайте также: