Альтернативні джерела енергії, що перетворюють сонячне світло в електрику, стають все більш затребуваними в побуті та промисловості. Вони використовуються в авіації, космічних розробках, електроніці, для створення екологічно безпечного транспорту. Але найперспективнішою вважається галузь енергозабезпечення будівель: харчування побутових приладів і системи опалення будинку, нагрів гарячої води. До переваг відносять: незалежність від пори року і комунальних служб, можливість акумулювання запасу енергії, надійність і довгий термін служби. Але для досягнення максимального ефекту від застосування важливо знати принцип дії батарей та дотримуватися умов їх монтажу та експлуатації.
Опис пристрою, різновиди
Фотоелектричні перетворювачі або сонячні акумулюють батареї являють собою пластину з властивостями напівпровідника, що виробляє постійний струм при попаданні на неї світлових променів. Основою може бути кремній (найбільш поширений вид) і його сполуки з міддю, галієм, кадмієм, индием, амфорние, органічні або хімічні фотоелементи, полімерна плівка.
Кожен матеріал має свій коефіцієнт ФЕП сонячних променів (від 5 до 30%) і, як наслідок - виробляє певну потужність при рівній інтенсивності світлового потоку. Багато що залежить від площі батареї, одиночний кристал напівпровідника виробляє незначну кількість енергії, в середньому для отримання 0,15 кВт потрібно 1 м2 панелі. Виняток становлять інноваційні багатошарові полімерні сполуки (монокристали), їх ККД досягає 30%, але ця технологія ще недоступна пересічному споживачеві.
Крім пластини, в схему сонячної батареї входять допоміжні прилади (для передачі, розподілу та акумулювання енергії):
- Інвертор або перетворювач постійного струму.
- Накопичувач для безперебійної роботи системи в нічний час або в похмуру погоду.
- Стабілізатор напруги.
- Контролер для відстеження заряду.
Залежно від площі використовуються мініатюрні малопотужні батареї (до 10 Вт) або великі стаціонарні панелі. Перші відносяться до переносних (популярні для зарядки ноутбука, калькулятора, мобільних пристроїв). Другі частіше служать для енергопостачання та опалення будинку, розміщуються зазвичай на даху. Так як потужність батарей повністю пропорційна сонячної інтенсивності, стало доцільним розміщувати відстежують панелі (змінюють кут розташування, в залежності від руху Сонця). Товщина варіантів з напівпровідника незначна (від 10 мкм до 10 см), але з урахуванням допоміжних приладів модулі важать більше, що враховується при прорахунку навантаження на крокви і поверхня даху.
Принцип фотоелектричного перетворення
Для того щоб зрозуміти як працює сонячна батарея, слід згадати шкільний курс фізики. При потраплянні світла на пластину з двох шарів напівпровідників різної провідності виникає ефект p-n переходу, електрони з катода залишають свої атоми і захоплюються на рівні анода. При підключенні в схему навантаження (акумулятора) вони віддають свою позитивно заряджену енергію і повертаються в n-шар. Це явище більш відоме як «зовнішній фотоефект», а двошаровий пластина як «фотоелемент». Найчастіше застосовується один і той же матеріал: базовий напівпровідник з певним типом провідності покривається шаром з протилежним зарядом, але з високою концентрацією легуючих домішок.
Способи підвищити ефективність батареї
Навіть в середній смузі Росії установка сонячних акумуляторів окупається за 3-5 років, адже промені абсолютно безкоштовні і доступні круглий рік. Але для повноцінного опалення будинку в 100 м2 корисної площі буде потрібно близько 30 м2 панелей. Для посилення принципу фотоефекту рекомендується провести наступні роботи:
- Розмістити батареї на південній стороні під кутом не менше 30 °.
- Чи не монтувати сонячні панелі під тінню високих дерев.
- Раз на 2 роки очищати поверхню від бруду.
- Встановити відстежують сонячне світло системи.
Повністю відмовлятися від зовнішнього енергопостачання не варто, навіть сучасні комплекси не здатні акумулювати достатню кількість енергії для повноцінного забезпечення будівлі при тривалій негоді. Найкраще використовувати їх як частину комбінованої системи.