2.8.2. Принцип действия
Солнечная батарея, как известно, представляет собой установку для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. В коммерческих целях солнечная батарея в виде фотоэлектрического элемента на основе монокристалла кремния была использована в 1952 году в лаборатории «Белл» для электропитания телефонной станции [26].
Современная солнечная батарея состоит из нескольких фотоэлектрических солнечных модулей. Основной материал для изготовления фотоэлектрических элементов – кремний. Кремний с примесью фосфора относится к полупроводнику типа п, с примесью бора – типа p. Когда в зону соприкосновения двух полупроводников попадает солнечная радиация, создается электродвижущая сила, которая может перемещать электрический ток во внешнем контуре, подключенном к n– и p-областям (рис. 2.31).
Рис. 2.31. Устройство и принцип действия кремниевого фотоэлектрического элемента
Солнечный модуль состоит из нескольких пластин монокристаллического кремния, закрепленных на каркасе и покрытых специальным стеклом. Элементы модуля, соединенные электрически, являются базовой основой солнечных модулей. Модули способны вырабатывать электрическую энергию, необходимую для питания бытовых электроустройств, а также могут быть использованы как базовые элементы больших энергосистем.
В зависимости от предназначения солнечные модули могут иметь различные конструктивные решения и разные выходные мощности. Например, компания "ЛМВ ветроэнергетика" (http://ovis.khv.ru/) выпускает три серии солнечных модулей:
• солнечные модули в алюминиевом каркасе – серия MSW, 32 типа в диапазоне мощностей от 3 до 120 Вт;
• бескаркасные солнечные модули – серия "Лира", 16 типов в диапазоне мощностей от 1,7 до 24 Вт;
• солнечные модули на металле – серия MSWm, 16 типов в диапазоне мощностей от 1,7 до 24 Вт.
При подсоединении в параллельные или последовательные цепи большого количества фотоэлементов можно получить приемлемые значения напряжения и силы тока, несмотря на относительно небольшой КПД, не превышающий 24 %. Солнечные модули из отдельных полупроводниковых кремниевых элементов размещают обычно на крыше жилого дома. Толщина пластинки кремния не превышает 0,2–0,3 мм. При покупке солнечного модуля необходимо знать, что 1 м2 пластинки кремниевого элемента дает напряжение 0,5 В, если нагрузка составляет 1 кВт м2. Средний КПД солнечной батареи около 14 %, а срок службы 25 лет. К достоинствам солнечных панелей можно отнести механическую простоту (отсутствие движущихся частей), бесшумность и отсутствие загрязнения окружающей среды. Солнечные энергетические установки бывают двух видов: установки автономного энергоснабжения и установки, отдающие излишки генерации в центральную сеть. В последнем случае можно накапливать электроэнергию в аккумуляторных батареях и через инвертор преобразовывать в напряжение 220 В для подключения стандартных бытовых приборов.