Cолнечные панели представляют собой соединенные между собой фото элементы, преобразующей солнечный свет в электрический ток.
Но как же панели приняли тот вид, под которым мы знаем сейчас?
В 1839 году когда французский физик Александр Эдмон Беккерель открыл фотогальванический эффект, или иными словами преобразование энергии солнца в электричество. Инженер-электрик Уиллоуби Смит проводя исследования обнаружил явление фотопроводимости селена. При попадании на него цвета материал начинал проводить электрический ток. Некоторое время спустя в 1880-ом году английский профессор Уильям Грыз Адамс и его студент Ричард Эванс открыли что селен может производить электричество без участия движущихся
частей. В этом плане солнечная энергетика получила преимущество, так как в традиционных в то время средства добычей электроэнергии использующих уголь было много механических частей, которые могли легко сломаться.
Следующим шагом развития солнечной энергетики стал изобретений в 1885 году на основе селена покрытого тонким слоем золота Чарльзу Фрицу удалось достичь КПД в один процент, то есть эффективность первого элемента было крайне мало, тем не менее Фриц был уверен в революционности своего изобретения. Он считал что, в будущем подобные модели заменит большинство существующих электростанций.
В 1880 году немецкий физик Генрих Герц в результате своих
исследований наблюдал взаимодействие света с веществом, при котором энергии фотонов приходит к электронным веществам. Это явление было названо фотоэлектрическим эффектом. Ученый также установил, что энергии получается больше при воздействии ультрафиолетовым светом незаметным для глаза видимым спектром.
Были открытия и у нас в Российской Империи профессор императорского московского университета Александр Григорьевич Столетов сконструировал первый фотоэлемент, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию.
Годом ранее в 1885 году профессор опубликовал свой труд, в котором открыл прямо пропорциональную зависимость силы фототока от интенсивности падающего на фотокатод света.
В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил явление фотоэффекта, за что в
1921 году получил нобелевскую премию. Это дало толчок новым исследованиям, и уже в 1930-х годах советские физики создали новый модуль обрабатывающий электрический ток на основе фотоэффекта, правда КПД составлял около одного процента, но это было только начало. В 1950-х годах американские ученые сумели создать фотоэлемент, эффективность которого было четыре процента. Чуть позднее они смогли повысить КПД до 6 процентов.
В 1954 году впервые была создана солнечная панель на основе кремния. Из тех материалов используемых в исследованиях он оказался самым перспективным.
Уже в 1958 году фотоэлементы стали главными источниками получения электроэнергии, которые получали космические корабли орбитальной станции космоса. И по сей день остается одной из главных сфер
применения фотоэлементов. Совершенствование солнечных панелей тем временем продолжалась.
Уже в 1970-х годах удалось превысить отметку кпд в 10 процентов. Для установки подобных модулей в космические аппараты это было приемлемо, но для использования на земле эффективность все еще и являлась недостаточной.
Примером может послужить первая промышленная солнечная электростанция пиковой мощностью в 5 мегаватт, построенный в Крыму в 1985 году. Проработав десять лет ее закрыли из-за нерентабельности, вырабатываемая с ее помощью электроэнергии оказалось слишком
дорогой.
Так продолжалось до 1990-х годов пока не были созданы панели КПД, которых превысил 15 процентов .Одновременно с применением более дешевых материалов из которых собирались фотоэлементы, использование солнечных модулей некоторых сферах стало экономически оправданным.
Самостоятельно собирать фотоэлементы начали примерно в 2005 году. Такая сборка была дешевле, чем готовая заводская продукция. На сегодняшний день большинство выпускаемых солнечных панелей обладает кпд в среднем от 15 до 20 процентов. Их применяют как промышленных масштабах, так и в личных хозяйствах и домах. В лабораториях существуют экземпляры, показывающий эффективность до 50 процентов, но они единичны и пока не пригодны для массового изготовления .Из-за стоимости наиболее распространенными среди частных владельцев являются поликристаллические панели. Основным материалом из которых сейчас производится солнечные панели по сей день является кремний.
Экологичность одно из главных преимуществ солнечных панелей. При их производстве все же наносится незначительный вред окружающей среде, но значительно ниже, чем при сжигании ископаемого топлива, или при использовании атомных электростанций.
Также достоинством фотоэлементов можно отнести долговечность. Выпускаемые в настоящее время модули имеют срок службы 30 лет, и более не требовательны в уходе. И эксплуатации ещё одна отличительная черта, максимум что потребуется от владельца, смахнуть пыль летом или чистить снег зимой. Это последнее относится только к солнечным
панелям, установленным при определенных углах наклона. Некоторые пользователи монтируют свои модули почти вертикально, что позволяет снегу сползать вниз в под собственным весом.
Наибольшее распространение фотоэлементы получили в США, Китае, Японии и в Европе, Германии.
К примеру существует ряд программ от государства, которые осуществляют поддержку владельцев. Благодаря таким программам электричество вырабатываемых частных домах, на хозяйствах покупают энергетические компании. Несмотря на большую стоимость, по сравнению с традиционной энергетикой, благодаря такой государственной программе по поддержанию в альтернативной
энергетики, который компенсирует до семидесяти процентов затрат. В Германии активно устанавливают у себя на крышах солнечные элементы. Первый подобный проект Германия принимала в 1990 году, он назывался 1000 солнечных крыш. Вслед за немцами подобные проекты начали принимать и другие страны Европы. В России увы нет ничего похожего. Единственный закон принятый в декабре 2019 года так называемый «Зеленый тариф» ,но он не слишком выгоден, так как
владелец продает выработанную электроэнергию энергетическим компаниям по оптовым ценам, а покупать вынужден по более высоким. Те люди, которые хотели перейти на этот зеленый тариф, рассказывают о больших бюрократических процедурах, в виде бега по кабинетам государственных чиновников и собирание различных необходимых документов инженерами.
Уже разрабатываются проекты по которым планируется строительство
солнечных электростанций за пределами земной атмосферы, передача сгенерированной электроэнергии поверхности будет осуществляться при помощи микроволн. Все это звучит фантастично, но уже есть все нужные технологии позволяющие рисовать подобный проект.
В каких сферах используются солнечные панели сегодня?
Перечислим примеры их эксплуатации:
- снабжение электроэнергии частных домов
- покрытие фотоэлементами дорог, подзарядка аккумуляторов электромобилей
- использование в космических аппаратах
- установка модулей на самолетах работающих полностью на солнечной
энергии
Некоторых людей очень волнует срок окупаемости. Устанавливать модули имеет смысл в тех местах, где нет постоянного электричества и постоянные перебои с электричеством. В регионах, где солнце светит практически круглый год или альтернативная энергетика это хобби. В
некоторых случаях солнечные панели дают преимущество, когда дом расположен вдали от ЛЭП.
Например, проживая в доме без электричества вдали от ЛЭП стоит выбор
отдать государству полтора миллиона за подключение, или купить необходимое оборудование за 300 тысяч и пользоваться всеми благами цивилизации.
Ответ очевиден, кроме того некоторым людям автономность гораздо важнее финансовых затрат. Можно сказать, что солнечные панели это будущее энергетики. Каждый год с развитием технологии, КПД увеличивается, а материалы становятся дешевле.
Внедрение фотоэлементов различных сферах со временем становится все более и более активным. В итоге человечество избавится от фабрик и заводов и других предприятий загрязняющих окружающую среду, научившись использовать истинный потенциал от солнца, и проблема с загрязнением экологии перестаёт существовать.
#солнечная энергетика #наука и образование #technology #технологии будущего #возобновляемые источники энергии #интересная история