Солнечные элементы электрические.
Устройство солнечной батареи.

Тема: что собой представляют солнечные элементы, батареи, их устройство.

 

Солнечные батареи, солнечные элементыРазличные солнечные элементы (фотоэлементы) представляют собой электрические устройства, которые способны преобразовывать часть солнечного излучения (электромагнитного) в электрический ток. Несколько объединённых вместе фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей) будут составлять уже солнечную батарею, что может выдавать определённое напряжение и ток.

 

Работа солнечных элементов основана на явлении внутреннего фотоэффекта, что впервые был исследован в 1839 г. учёным по имени Эдмон Беккерель. Данное открытие продолжило своё развитие в 1873г., во время, когда Уиллоуби Смит обнаружил подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. И лишь в 20-ом веке (начало 50-х г.) солнечные элементы достигли довольно высокого уровня своего совершенства благодаря открытию новых материалов.

 

Устройство солнечной батареи (простейшего фотоэлемента) и основные принципы действия таковы: у нас имеется обычный полупроводник, а именно —  две пластины присоединенные друг к другу. Они сделаны из кремния с добавлением в каждую из них определённых примесей. Это позволяет получить элементы с нужными свойствами, то есть — первая пластина обладает избытком валентных электронов, вторая же, наоборот, их недостатком. В итоге, слои «n» и «p».

 

принцип действия фотоэлемента и работаНа самой границе соприкосновения данных пластин существует зона запирающего слоя. Эта зона противодействует своими электрическими полями переходу избыточных электронов из слоя «n» в слой «p», где данных электронов не хватает (места с отсутствующими электронами называют дырками). Если подключить к подобному полупроводнику внешний источник питания («+» к «p» и «-» к «n»), то внешнее электрическое поле заставит электроны преодолеть запирающую зону и через проводник потечёт ток.

 

Нечто подобное происходит и при воздействии солнечного излучения на наш полупроводник. Когда фотон света влетает в слои «n» и «p», он передаёт свою энергию электронам (находящихся на внешней оболочке атомов), тем самым разбивая атом на электроны и протоны (в которых порождается дырка — место отсутствующего электрона). Далее, электроны с полученной энергией свободно преодолевают запирающий слой полупроводника и переходят из слоя «p» в слой «n», а дырки, наоборот, переходят их «n» в слой «p».

 

Этому переходу электронов их области «p» в область «n» и дырок из области «n» в область «p», также способствуют электрические поля (положительных зарядов, что находится в запирающей зоне «n» проводника и отрицательных — в зоне «p»), которое как бы втягивает в себя, одни — электроны, другие — дырки. В итоге, слой «n» приобретает дополнительный отрицательный заряд, а «p» – положительный. Результатом этого явления будет появление в полупроводнике разности потенциалов между двумя пластинами равной около 0.5 В.

 

Сила электрического тока в солнечном элементе будет меняться пропорционально количеству захваченных поверхностью фотоэлемента фотонов. Этот показатель, в свою очередь, также будет зависеть от множества дополнительных факторов — это интенсивность светового излучения, площадь, что имеет фотоэлемент, времени эксплуатации, КПД устройства, что зависит от температуры (при её повышении, проводимость фотоэлемента значительно падает).

 

электростанция солнечных батарейИсходя из вышесказанного можно утверждать следующее: солнечные элементы (фотоэлементы, батареи) не способны выдавать сверхбольшие мощности (занимая при этом малые площади для своей работы), они не могут работать в беспрерывном режиме (из-за естественной смены дня и ночи), для поддерживания необходимых и постоянных значений (стабилизации) основных параметров — силы тока и напряжения, появляется необходимость в использовании дополнительных устройств (стабилизаторы, аккумуляторы т.д.).

 

Но на роль дополнительного источника электроэнергии, они вполне годятся. Они прекрасно могут использоваться в тех местах, где нужны небольшие мощности и нет возможности подключится к городской электромагистрали. При объединении принципа работы солнечного элемента и электрического аккумулятора, получается полностью автономная система электроснабжения, которую можно использовать в районах с хорошей освещённостью и потребностью с малыми электрическими мощностями.

 

ps smail

P.S. Так, для справки: мощность потока солнечного излучения на один квадратный метр (не учитывая атмосферную потерю), будет составлять примерно 1350 Вт.

Понравилось?
Поставь Плюс »

 

 

knopka

 

 

обучающие видеокурсы по электрике, электротехнике