Солнечными батареями обычно называют устройства, позволяющие получать электроэнергию от солнца. Когда речь идет, например, о калькуляторе или другом небольшом приборе, это название уместно. Когда речь заходит об устройстве, способном обеспечить электроэнергией целый дом, дело обстоит сложнее.
Часто полагают, что солнечная батарея состоит из одной панели, устанавливаемой на крыше здания или в другом месте, максимально доступном солнечному свету. Но для производства электроэнергии требуется больше оборудования. В комплекс, который можно назвать батареей, но правильнее – солнечной станцией, входят:
- Панели, которые генерируют электрический ток из лучей солнца.
- Контроллер – оборудование, управляющее работой системы.
- Инвертор – преобразователь постоянного тока, генерируемого панелями, в переменный, потребляемый бытовыми электроприборами.
- Аккумулятор – устройство, накапливающее энергию.
Работа целой станции – тема для отдельного разговора. Для начала нужно понять, как работает солнечная батарея или панель. Полностью происходящие процессы изучают студенты вузов в курсе физики. Чтобы разобраться в принципе работы солнечной батареи, кратко рассмотрим лишь суть.
Физика процессов работы солнечной батареи
Из школьного курса физики, наверное, каждый помнит, что электрический ток – это движение заряженных частиц – электронов. Движется ток обычно по металлическим проводам, так как в металлах обмен отрицательно заряженными электронами между нейтральными атомами происходит достаточно легко. Материалы, способные обеспечить движение электрического тока называют проводниками.
Существуют также полупроводники – материалы, обычно проводниками не являющиеся, но при возникновении определенных условий начинающие проводить электрический ток. Например, полупроводником является кремний – второй по распространенности в природе элемент. Его-то часто и используют для получения электроэнергии от солнца.
Солнечный свет – это поток фотонов, частиц, не имеющих массы, но обладающих энергией. Именно они способны заставить двигаться электроны кремниевых полупроводников.
Принцип работы солнечной батареи
Чтобы электроны двигались в нужном направлении, а не просто скакали между атомами, в солнечной батарее используют два вида кремния. Насыщенный или, правильнее говорить, легированный разными веществами, он получает разные свойства.
Один слой содержит мало отрицательно заряженных электронов за счет легирования бором, поэтому его называют кремнием положительного типа. Другой насыщается фосфором и становится перенасыщенным электронами. Даже если соединить пластины, при обычных условиях электроны остаются на местах. Они неспособны преодолеть разделяющий их барьер на поверхностях кремния разного типа.
Как только на панель направляется солнечный свет, фотоны начинают передавать энергию электронам. В верхнем слое выбить их из атома сложно, а вот в нижнем – просто. Поэтому электроны начинают пробивать барьер, выбивать электроны из атомов. При этом на границе перехода в n-области возникает отрицательный заряд, а в p-области концентрируются так называемые дырки, у которых недостает электронов, поэтому они несут положительный заряд. Под действием света процесс нарастает, увеличивается число положительно и отрицательно заряженных частиц, возникает постоянный электрический ток.
Конечно, происходящий процесс на самом деле сложнее, но для понимания принципа работа солнечной батареи можно его представлять так. Вместо кремния используют и другие материалы, от которых зависит стоимость и коэффициент полезного действия панели.
Солнечные батареи применяют не только для производства энергии, но и для выработки тепла. Тогда устройства называют солнечными коллекторами и это уже другая история.
