Сонячний елемент

Відео: Сонячний елемент

сонячний елемент (Фотоелемент, фотоелектричний перетворювач - ФЕП) - це напівпровідниковий прилад, який служить для перетворення світлової енергії в електричну. В основі цього перетворення лежить явище фотоефекту. На замітку: сталеві радіатори опалення Kermi, якість і надійність.
Принцип роботи сучасних фотоелементів базується на напівпровідниковому pn переході. При погліннанні фотона в області, прилеглій до pn переходу, створюється пара носіїв заряду: електрон і дірка. Одна з цих частинок є неосновним зарядом і з великою ймовірністю проникає крізь перехід. В результаті створені завдяки поглинанню енергії фотона заряди розділяються в просторі і не можуть рекомбінувати. Як наслідок порушується рівновага густини зарядів. При підключені елемента до зовнішнього навантаження в ланцюзі протікає струм.
Кажуть про напругу холостого ходу і струм короткого замикання. Напруга холостого ходу (V vo) - максимальна напруга (зовнішнє навантаження нескінченне), яку може генерувати елемент. А струм короткого замикання (I sc), це максимальний струм (коли зовнішнє навантаження дорівнює нулю), який може генерувати елемент. У робочому режимі напруга і струм є меншими, і при певних значеннях (V max і I max) елемент має максимальну потужність (P max).
Основні незворотні втрати енергії в фотоелементах пов`язані з:
Сонячні елементи служать для електропостачання у віддалених районах Землі або на орбітальних станціях, де неможливо використовувати електромережу, а також для живлення калькуляторів, радіотелефонів, зарядних пристроїв, насосів.
У серпні 2009 р вчені Університету Нового Південного Уельсу досягли рекордної ефективності сонячних батарей - 43% (тобто 43% сонячної енергії перетворюється в електричну). Однак новий рекорд був встановлений в лабораторних умовах. Так, світло перед попаданням на батареї було сфокусовано спеціальними лінзами. Крім того, вартість всього обладнання далека від значень, які дозволили б виробляти її в промислових масштабах. Рекорд для однієї сонячної батареї в реальних умовах становить приблизно 25%.
Фотоелементи виготовляють з різних напівпровідникових матеріалів. Процес виготовлення фотоелемента близький до процесів виготовлення інших напівпровідникових приладів, наприклад чіпів.


монокристалічні фотоелементи найбільш складні і дорогі оскільки для їх виготовлення потрібно кристалічний кремній, однак мають найбільшу ефективність (14% -20% перетворення світла в електричну енергію).
полікристалічні або мультікрісталічні фотоелементи дешевші ніж монокристалічні, однак менш ефективні.
тонкоплівкові фотоелементи використовують тонкі плівки виготовляються з розплавленого кремнію. Такі фотоелементи найменш ефективні.
В космічних апаратах використовуються також багатоперехідних сонячні елементи або гетерофотоелементи. Такий елемент складається з декількох pn переходів (AlGaAs-GaAs), кожен з яких вловлює світло певного спектру. Такі сонячні елементи досягають найвищої ефективності - 35%. Велика складність виготовлення таких пристроїв робить їх малопоширеними.
Для підвищення ефективності перетворення світла також використовують концентрувальну оптику.


На даний момент ведуться дослідження зі створення гнучких плівкових сонячних елементів, а також напівпровідникових фарб, використання органічних напівпровідників.
Важливим моментом роботи сонячних елементів є їх температурний режим. При нагріванні елемента на один градус понад 25 ° C він втрачає в напрузі 0,002 В, тобто 0,4% / градус. Це становить проблему для фотоелементів з концентрувальною оптикою. Тому вони вимагають додаткового охолодження.
Напруга холостого ходу, що генерується одним елементом, злегка змінюється при переході від одного елемента до іншого в одній партії і від однієї фірми-виробника до іншого і становить близько 0,6 В (рис.1). Ця величина не залежить від розмірів елемента і його освітленості. Щоб підвищити вихідну напругу сонячні елементи з`єднують послідовно. Такі сполуки називають сонячною батареєю. Негативним моментом такого з`єднання є дещо менша надійність, оскільки досить виходу з ладу (або просто потрапляння в тінь) одного елемента щоб струм зменшився в цілому батареї. Сонячні елементи не «бояться» короткого замикання.
Стандартними умовами для паспортизації сонячних батарей в усьому світі визнаються наступні:
Вартість сонячних батарей швидко зменшується (у 1970 р 1 кВт * год електроенергії, виробленої з їх допомогою коштувала $ 60, у 1980 році - $ 1, зараз - $ 0,20 - $ 0,30). Завдяки цьому попит на сонячні батареї росте на 30% в рік, щорічний обсяг їх продажів перевищує (по потужності) 50 МВт.
В Україні провідним виробником сонячних батарей є ВАТ «Квазар».


Увага, тільки СЬОГОДНІ!