Устройство солнечной батареи

Работа солнечных батарей базируется на явлении внутреннего фотоэффекта открытым в 1839 году ученым Эдмон Беккерель. Данное открытие продолжило свой путь развития в 1873году, во время, когда У. Смит выявил подобный эффект при воздействие светом селеновой пластины. И лишь в середине двадцатого века солнечные элементы достигли высокого уровня своего развития благодаря открытию новых материалов.

Устройство солнечной батареи и основные принципы работы следующие: обычный полупроводник, а точнее — две пластины подключенные друг к другу. Они выполнены из кремния с добавлением в каждую из них примесей. Это позволяет изготовить компоненты с необходимыми свойствами, то есть — первая пластина имеет избыток валентных электронов, вторая пластина наоборот, обладает деффецитом . В результате получаем, слои «n» и «p».

На границе обоих пластин существует зона запирающего барьера. Эта зона препятствует электрическими полями переходу избыточных электронов из слоя «n» в слой «p», где данных электронов дефицит. Если подсоединить к этому полупроводнику внешний источник питания («+» к «p» и «-» к «n»), то внешнее поле заставит свободные электроны преодолеть барьер и потечет ток.

Аналогичное явление происходит и при воздействии светового излучения на полупроводник. Когда фотон света попадает в слои «n» п и «p», он передает свой заряд электронам, тем самым отрывая его от атома. Затем, свободные электроны легко преодолевают барьер полупроводника и переходят из одной области «p» в слой «n», а дырки, наоборот, следуют из области «n» в слой «p».

Этому переходу свободных электронов из области «p» в зону «n» проводимости и дырок из «n» в область «p» проводимости, также помогают электрические поля (положительных зарядов, что находится в запирающей зоне «n» проводника и отрицательных — в зоне «p»), которые как бы втягивает в себя, одни — электроны, другие — дырки (протоны). В результате, область «n» приобретает определенный дополнительный отрицательный заряд, а «p» – наоборот положительный. Результатом этого явления будет появление в полупроводниковой пластине разности потенциалов с значением около 0.5 В.

Сила тока в солнечном элементе будет меняться пропорционально общему количеству захваченных поверхностью пластин фотоэлемента фотонов. Эт будет зависеть от множества особых факторов — интенсивность светового потока, площадь фотоэлемента, времени эксплуатации, КПД устройства, температуры окружающей среды.

Солнечные батареи не могут выдавать большие мощности, при малых площадях для своей работы, они не способны работать в беспрерывном режиме из-за периодической смены дня и ночи, для поддерживания постоянных значений основных электрических параметров — силы тока и напряжения, возникает постоянная необходимость в применении дополнительных устройств стабилизаторов, аккумуляторов и т.п.

Областей применения солнечных батарей становится все больше с каждым днем. Эти устройства с успехом проявляют себя в сфере промышленности, сельского хозяйства, военно-космических отраслях и даже в быту.

Все более популярным становится использование солнечных батарей в резервных системах электроснабжения. Однако, и в отдаленных, и в подсоединенных к централизованным сетям районах, фотоэлектрические системы являются источником чистой энергии, не загрязняющей окружающую среду подобно тепловым электростанциям