Солнечных батарей вокруг нас много. Очень много. Мы давно перестали их замечать — в калькуляторах, часах, пауэрбанках, на крышах домов и машин. И, в принципе, мы знаем, что они дают электроэнергию. Но как?
Солнечная батарея — это устройство, которое превращает солнечный свет в электричество. Звучит просто, но для многих до сих пор остаётся чем-то из будущего. А на деле — это уже обыденная реальность: от частных домов до космических станций.
Используют её везде, где нужен автономный или экологичный источник энергии. Хотите снизить счёт за электричество? Солнечная батарея — один из самых прямых способов. Хотите жить в деревне без подключения к сети? Тогда она — не роскошь, а необходимость. В походе надо зарядить телефон? Есть отличные раскладные переносные панели. Даже если вы не мечтаете о жизни вне цивилизации, панель на крыше может стать неплохим способом снизить плату за электричество.
Главное — не путать: солнечная батарея не накапливает энергию, как аккумулятор. Она её вырабатывает. А хранить — уже дело отдельных систем.
Кто изобрёл солнечную батарею и когда?
Первые намёки на фотоэффект — основу работы солнечных батарей — появились в 1839 году. Тогда 19-летний француз Александр Беккерель заметил, что при освещении некоторых материалов возникает электрический ток. Но практического применения это не получило — слишком мало знали о физике света.
Прошло больше века. В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил, как именно свет выбивает электроны из вещества. За это он в 1921 году получил Нобелевскую премию — не за теорию относительности, как думают многие, а за фотоэффект.
А первая настоящая солнечная батарея появилась в 1954 году в лаборатории Bell Labs. Инженеры Дарвин Чапин, Кэлвин Фуллар и Джеральд Пирсон создали кремниевую панель с КПД около 6% — для тех времён это был прорыв. Уже через четыре года солнечные элементы полетели в космос — на борт спутника Vanguard I. С тех пор технологии пошли вперёд, а цена — вниз.
Как работает солнечная батарея?
Представьте: солнце светит, и его лучи — это поток частиц, называемых фотонами. Они падают на солнечную панель. Та, в свою очередь, сделана из кремния — полупроводника, который умеет реагировать на свет.
Внутри панели — два слоя кремния: один с избытком электронов (n-тип), другой — с недостатком (p-тип). На границе между ними — так называемый p-n переход, находящийся в относительном равновесии. Силы, которые удерживают электроны в атоме не дают перетекать электронам из n-слоя в p-слой. Когда фотон попадает на слой, где избыток электронов (этот слой, само собой, повернут «к небу») он передаёт этим электронам дополнительную энергию, и те «выбиваются» из атома. И, естественным образом, через p-n переход переходят в слой, где их недостаток. Переходят. Текут. И это и есть электрический ток.
Но ток этот — постоянный (DC), а в доме нужен переменный (AC). Поэтому к панелям подключают инвертор, который преобразует ток в нужный формат. А дальше — по проводам к аккумуляторам, а оттуда — в розетки, к бытовой технике, к вашему чайнику, телевизору и зарядке.
Всё. Никакой мистики. Просто свет → электроны → ток → свет в доме.
Какие бывают солнечные батареи?
Если вы думали, что все солнечные панели — это просто чёрные панели, одинаковые, как таблетки, — вы ошибаетесь. И выбор зависит только от того, что вы от них хотите.
Начнём с самых старательных — монокристаллических. Делают их из цельного куска кремния, выращенного как кристалл. Такие панели — чемпионы по эффективности, выдают до 22% КПД, работают даже в неидеальных условиях и выглядят стильно — чёрные, блестящие, с аккуратными закруглёнными краями. Но платить за это приходится: они дороже всех. Зато занимают меньше места — если у вас маленькая крыша, это лучший выбор.
Поликристаллические — их младший брат. Дешевле, потому что делают из переплавленных остатков кремния. КПД поменьше — 15–17%, да и выглядят они синевато, с зернистой структурой, будто кто-то посыпал стекло крошкой. Но за свои деньги они работают неплохо, особенно если у вас просторная крыша и нет желания переплачивать за дизайн.
Есть ещё тонкоплёночные — самые неожиданные. Представьте себе панель толщиной с лист бумаги, которую можно согнуть или приклеить почти куда угодно. Да, такие бывают. Правда, эффективность у них невысокая — 10–12%, да и со временем они теряют мощность быстрее. Зато стоят дешевле, весят мало и не боятся перегрева так, как кремниевые. Иногда их используют на промышленных объектах или в специфических условиях, где важна гибкость, а не мощность.
А ещё появилось кое-что новенькое. Например, PERC-панели — с дополнительным слоем, который ловит свет, который обычные панели просто теряют. Или двусторонние (бифациальные) — они работают с обеих сторон, собирая не только прямой, но и отражённый свет. Устанавливают их, например, над светлыми поверхностями — снегом, песком, белой крышей. И да, они дают больше энергии. Только платить за это придётся немало.
В общем, как и с любой покупкой — чем умнее, тем дороже. Но и тут есть компромиссы. Главное — не гнаться за модой, а смотреть на свои условия: сколько места, сколько солнца и сколько денег.
Так что если вы таки подумываете о солнечной энергии — это не фантастика. Это доступно, понятно и, главное, работает. Особенно когда светит солнце. А когда не светит — есть аккумуляторы. Так что вперёд, в светлое будущее без Россетей.
Больше интересных фактов, а также обзоры книг на моем сайте gvorn.ru