Неотъемлемой и самой важно частью любой солнечной электростанции являются солнечные батареи или «фотоэлектрические модули». В основе работы солнечной панели лежит внутренний фотоэлектрический эффект (Photovoltaic effect), который заключается в изменении энергетических состояний носителей заряда в полупроводниках и диэлектриках под воздействием света. Явление наблюдали еще в 19 веке, тем не менее, солнечные модули, в том виде, в котором мы их знаем, появились лишь в 60е годы 20 века и сразу же нашли свое применение в космических аппаратах. В 1958 году были запущены первые спутники с солнечными батареями.
Устроен классический солнечный модуль довольно просто: под закаленным стеклом с рифленой поверхностью (для снижения отражений) находятся солнечные ячейки, спаянные между собой, под солнечными ячейками полимерная подложка. Края модуля обычно защищены алюминиевой рамкой, однако, бывают и безрамочные модули, они очень удобны в транспортировке.
Рассмотрим устройство фотоэлектрической ячейки на примере монокристаллического кремния. Ячейка образована двумя основными слоями – тонкий слой n типа (Si с примесью элемента 5 группы P,As, Sb, обычно P), и более толстый слой p типа (Si с примесью элемента 3 группы В,Al, Ga, In, Обычно B). На фронтальную часть ячейки нанесен электрод в виде отдельных тонких дорожек (чтобы через них мог пройти свет), задний контакт выполнен в виде сплошного металлического слоя (для отражения света обратно к p-n переходу). Под воздействием солнечного света происходит образование свободных носителей заряда, которые подходят к границе p-n перехода. В результате дырки частично уходят в p область. А электроны в n область, возникает разность потенциалов и электрический ток.
Неплохих результатов удалось добиться при интеграции в конструкцию солнечной ячейки диэлектрического зеркала, работающего по принципу просветляющей пленки. Диэлектрический слой размещается под задним электродом, который имеет перфорированную структуру. Таким образом стало возможно отражать обратно к p-n переходу красную часть спектра. КПД солнечного модуля превышает 20% (20-22%). Технология получила название PERC (Passivated Emitter Rear Contact). На сегодняшний день большинство крупных производителей включили в состав своей продукции PERC солнечные модули, стоимость которых лишь немного выше стоимости «классических» солнечных батарей.
Примерно тех же значений КПД удалось достичь Kанадской компании Canadian Solar при помощи технологии ELPS (Efficient, Long-Term, Photovoltaic Solution). Идея заключалась в том, чтобы убрать фронтальные электроды на заднюю поверхность через саму ячейку. Солнечный модуль при этом имеет незабываемый внешний вид. К сожалению, стоимость ELPS солнечных модулей пока довольно высока и технология не получила широкого распространения. Но мы с нетерпением ждём.
Стоит отметить, что 2% КПД, которые получились за счёт технологических преимуществ PERC. Стоимость новинки значительно выше, что не совсем оправдано при использовании в частном секторе (энергоснабжение), ведь компактность панели в большинстве случаев играет последнюю роль...
Монтаж солнечной электростанции для частного дома.