Сонячна батарея - це група фотоелементів, що виробляє електричний струм під впливом сонячних променів.
Схема сонячної фотоелектричної системи.
Зовнішня простота конструкції дуже приваблива у порівнянні з турбінами гідроелектростанцій і атомними реакторами, але великих електричних потужностей, ніж одержувані на ГЕС і АЕС, використання сонячних батарей поки дати не може.
Сонячне світло - основа тепла і життя на Землі, своїм достатком і легкої доступністю привертав допитливі всіх часів. Тисячі років тому великий Архімед за допомогою увігнутих відполірованих поверхонь бронзових щитів сфокусував промені сонця і підпалив дерев'яну ескадру римлян. Сонячні колектори - збирачі сонячного тепла - популярні і сьогодні при використанні в літніх душах на дачах і садових ділянках.
Схема водонагрівальної геліосистеми.
Сонячна енергія для отримання електрики стала застосовуватися тільки в середині минулого століття. Відкриття та використання внутрішнього фотоефекту в напівпровідникових фотоелементах, розвиток технології їх виробництва дозволили створити надійні конструкції сонячних батарей.
В результаті падіння світлових променів на поверхню напівпровідникового фотоелемента в останньому виникає спрямований потік електронів, який і називається електричним струмом. Величина його вимірюється в мікроамперах. Електрична потужність одного фотоелемента дуже маленька, тому їх з'єднують в блоки. Основними недоліками, що гальмують широке використання таких батарей, є:
- невисока електрична потужність;
- висока вартість виробництва.
Мала потужність сонячних батарей обумовлена ще тим, що велика частина падаючого на них світлового потоку розсіюється, відбивається або поглинається без вироблення електричного струму (втрати - до 75%). Звідси низькі потужності фотоелементів і висока вартість їх електроенергії.
Схема принципу роботи і пристрою сонячної батареї.
Основним матеріалом для виробництва напівпровідникових фотоелементів є кристалічний кремній. Морські та річкові пляжі переповнені піском - яскравим представником кремнію, але містять всілякі домішки. Технологія очищення природного кремнію - дуже дорогий захід, що позначається на вартості фотоелементів.
Стаття по темі: Як самостійно зробити напіварки з гіпсокартону?
Сонячну енергію активно стали використовувати в космосі. Сонячні батареї в космічних апаратах - основа для забезпечення харчування всієї бортовий космічної техніки. У побуті застосування фотоелементів зустрічається найчастіше в калькуляторах на сонячних батареях. Удосконалення технологій виробництва кристалічного кремнію призвело до створення сонячних батарей на фотоелементах нового покоління.
Застосування сонячних батарей в побуті
Схема сонячних модулів.
Побутове використання фотоелементів, об'єднаних в блоки для створення достатньої електричної потужності, знаходить застосування в якості резервних джерел енергії для найпотрібніших побутових приладів.
Дачі та заміські будинки в умовах нашої дійсності дуже вразливі для тимчасових відключень електроенергії. Навіть елітні ділянки, забудовані розкішними будинками, не застраховані від цих явищ. Відсутність, хоча б тимчасове, можливості використання звичної побутової техніки: холодильника, мікрохвильової печі, тостера, телевізора - створює побутові незручності і дратує.
Сонячні батареї усувають залежність від тимчасових відключень електроенергії і створюють відчуття свободи і комфорту. За додатковий комфорт доводиться платити, так як застосування таких батарей можливо тільки в комплекті зі спеціальними приладами:
- акумулятори для накопичення електроенергії, виробленої фотоелементами батареї;
- контролер для регулювання оптимального витрачання накопиченої електроенергії;
- інвертор для живлення побутових приладів.
Підключення та обслуговування
Правильно підключити і використовувати сонячну батарею - таке завдання постає відразу ж після придбання цього недешевого обладнання. Ось самий мінімальний перелік заходів щодо організації автономного електропостачання:- вибрати необхідну кількість модулів з фотоелементів для збірки батарей;
- вибрати спосіб підключення;
- передбачити установку діодного шунта від можливого затінення фотоелементів;
- встановити регулятор зарядки акумуляторів;
- встановити контролер для всієї системи фотоелементів.
Специфіка робіт вимагає залучення фахівця, щоб правильно підключити батарею.
Обслуговування сонячних батарей нескладно, але вимагає уваги. Фотоелемент, точніше, кристалічний напівпровідник, довговічний і невибагливий до зміни зовнішніх умов. Елементи конструкції фотоелектричних модулів і батарей в період експлуатації змінюють свої властивості:
- забруднення поверхонь фотоелементів знижує їх ефективність;
- захисна плівка знижує згодом світлопропускання на 10-20%, що вимагає регулювання в електричних ланцюгах;
- перегрів контролера і інвертора порушує електричні характеристики системи;
- ізоляція проводів, що підводять руйнується від вологи і перепаду температури.
Стаття по темі: Коричневі штори: правила поєднання і роль в інтер'єрі
Користуватися несправною батареєю категорично заборонено.
Перспективи розвитку використання сонячної енергії
Схема електромережі при використанні сонячних батарей.
Установка на дахах будинків у містах сонячних перетворювачів дуже перспективна для економії електроенергії, але вимагає державної підтримки. Наприклад, побутовим споживачам фотоелектричної енергії в Німеччині субсидують комунальні платежі.
У державах, де сонячні дні переважають (Іспанія, Ізраїль), розробляються проекти житлових і промислових будівель з сонячними батареями на даху. Складність технології виробництва і висока вартість фотоелементів не дозволяють домогтися масового виробництва.
Електромобілі сьогодні реально експлуатуються, але в невеликих масштабах через необхідність частих підзарядок акумуляторів. Зарядка автомобільних акумуляторів сонячними батареями - це прорив в автомобільній промисловості по створенню конкурентоздатних електромобілів.
За довгостроковим технічним прогнозами до середини 21 століття, собівартість електроенергії фотоелементів наблизиться до собівартості її типових постачальників. З точки зору екології, автономні потужні джерела електроенергії у вигляді сонячних батарей отримають широке поширення.