Сонячні батареї
Вперше явище фотоефекту дослідив французький фізик
Беккерель 1839 року, отримавши потік електронів при освітленні сонячним
світлом пластини оксиду міді. Винахід був широко впроваджений у життя
після відкриття напівпровідників. Як світлочутлива зона фотоелементів
використовуються селен (Se), кристалічний кремній (Si), аморфний
кремній (SiGe) тощо. Фотоефект утворюється, коли фотон (світловий
промінь) падає на елемент із двох матеріалів з різним типом електричної
провідності (дірчастий або електронний). Потрапивши в такий матеріал,
фотон вибиває електрон з його комірки, утворюючи вільний від'ємний
заряд і "дірку". В результаті рівновага так званого "р-n"-переходу
порушується, і в колі виникає електричний струм. Будову і кремнієвого
фотоелемента показано на рис. 1. Найближчими «родичами» сонячних
фотоелементів є транзистори, світлодіоди та інші електронні пристрої.
Рисунок 1 – Схема кремнієвого елемента
Чутливість фотоелемента залежить від довжини хвилі
па чого світла та прозорості верхнього шару елемента. В ясну погод
кремнієві елементи виробляють електричний струм приблизно 0,5 В і 25 мА
на 1 см2 або 12-13 мкВт/см . Найбільш поширені кремнієві фотоелементи.
Вони бувають монокристалічні та полікристалічні. Різниця між цими
матеріалами полягає в специфіці отримання початкових кремнієвих
заготовок при їх вирощуванні з розплавів. Монокристал і ч на заготовка
більш однорідна але дорожча. Полікристалічна - менш однорідна має нижчу
вартість, що може бути вирішальним фактором, коли йдеться про
виготовлення фотоелементів. Теоретична ефективність кремнієвих елементів
становить приблизно 28%, а практична - від 14% до 16%.
Незважаючи на поширену хибну думку, насправді
фотоелементи виробляють більше енергії при низьких температурах. Це
пояснюється тим, що фотоелементи - це електронні пристрої й виробляють
енергію від світла, а не від тепла, тобто працюють ефективніше в холоді,
ніж при високих температурах. А взимку вони виробляють менше енергії
лише за рахунок скорочення світлового дня, тому що кут падіння сонячного
світла у цей період менший, а хмарність більша.
За допомогою послідовно-паралельних електричних
сполучень сонячні елементи складають у сонячну (фотоелектричну) батарею в
герметичному корпусі. Потужність сонячних батарей, що серійно
випускаються промисловістю, становить 50-200 Вт. На сонячних
фотоелектричних станціях сонячні батареї використовуються для складання
фотоелектричних генераторів. На рис. 2 представлені склад та блок-схема
сонячної фотоелектричної станції. Термін служби такої станції становить
20-30 років, експлуатаційні витрати мінімальні.
Рисунок 2 – Схема сонячної фотоелектричної установки
Сонячні фотоелектричні станції використовуються для
живлення водопідйомних насосів, телекомунікаційних систем, катодного
захисту трубопроводів, в домашніх господарствах тощо.