Солнечные элементы электрические.
Устройство солнечной батареи.

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

Различные 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».

На 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).

Исходя 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.

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