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 солнечный модуль. 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.
Хотите экономить на электроэнергии? Тогда узнайте, как работают ветряные мельницы и где выгодно их устанавливать
Схема надежная, но вот эффективность солнечных батарей редко бывает больше 20%, а самые общеупотребительные имеют показатель КПД 9 — 11%.
Солнечный модуль: 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.
Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.
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.
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.
Выясняем: когда стоит устанавливать солнечные батареи и как быстро они окупаются?
Без фотоэлементов не могут обойтись космонавтика, разнообразные передвижные комплексы. В качестве источника энергии батареи устанавливают на автомобили и корабли.
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»?
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.
Солнечная энергия неисчерпаема и бесконечна. Использовать сегодня солнечный модуль, значит эффективно решать энергетические задачи.
