​Солнечные батареи — что это, как это и зачем

Солнечная батарея — это устройство, которое преобразует энергию солнца в электричество. Стоит отличать её от коллектора, которые преобразуют энергию в тепло и используется для отапливания и получения горячей воды.

Первые солнечные батареи с КПД 1% появились в XIX веке, они работали на основе селена. Из-за низкой эффективности обеспечить бесперебойную работу техники они не могли, поэтому исследования продолжались, пока не появились первые кремниевые батареи с КПД 20% и выше.

Солнечные батареи используются для электрификации домов и элементов инфраструктуры там, где доступ к электричеству ограничен.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Плюсы:

1) экологическая чистота;

2) бесшумность;

3) нескончаемость — в отличие от нефти, энергия солнца не исчерпывается;

4) доступность, потому что солнце освещает всю Землю;

5) новые исследования, технологии и возможности.

Солнечная энергетика — востребованная сфера. Хотя сейчас на солнце приходится всего процент от мировой энергии, с ростом популярности альтернативных источников растёт и спрос. Они используются в сельском хозяйстве, городском благоустройстве, быту, промышленности.

Минусы:

1) стоимость — например, на то, чтобы обеспечить энергией двухэтажный загородный коттедж, придётся потратить около 10 000 у.е.;

2) непостоянство — батареи вырабатывают меньше энергии в пасмурную погоду и ночное время.

По статистике ассоциации SEIA, установленные по всему миру солнечные батареи производят свыше 58 ГВт электричества. Этого достаточно для того, чтобы обеспечить 11 млн домохозяйств.

Использование энергии солнца снижает уровень вредных выбросов в атмосферу на 74 млн метрических тонн в год, что эквивалентно посадке 1,9 млрд деревьев.

Из чего состоит солнечная батарея

Разложенной на крыше панели недостаточно. Любая солнечная батарея — сложное устройство, которое состоит из:

• непосредственно панели, установленной там, где на неё попадают прямые лучи солнца: обычно это крыша или стены, иногда панели ставятся на столбы;
• аккумулятора, который нужен для накапливания неизрасходованной энергии, чтобы потом её можно было использовать в ненастную погоду или ночью;
• инвертора, преобразующего постоянный ток из аккумулятора в переменный для использования в быту.

Площадь панелей можно увеличивать и уменьшать. Они модульные — то есть, состоят из множества отдельных элементов.

Иногда панели подключаются напрямую к электросети, тогда им не нужен аккумулятор, только инвертор-преобразователь. Такие системы называются открытыми. Их противоположность — закрытые автономные, которые могут работать сами по себе, но требуют аккумулятора для накапливания энергии.

Типы панелей

• Из монокристаллического кремния. Надёжны, долговечны, КПД около 19%. Имеют чёрный или тёмно-синий цвет. Получаются литьём из кристаллов кремния высокой чистоты, после чего нарезаются на пластины толщиной 250–300 мкм.
• Из мультикристаллического кремния. Проще и дешевле в производстве, потому что берутся случайные кристаллические решётки, но и срок службы меньше вдвое — 25 лет. КПД — около 15%.
• Из поликристаллического кремния. Альтернатива монокристаллическому, отличается более дешёвым способом производства и чуть более низким КПД. Кристаллы в агрегатном состоянии, но имеют разную ориентацию и форму. Имеют ярко-синий цвет.
• Тонкоплёночные панели — тончайший слой полупроводника, который нанесён на гибкую подложку. Основное преимущество заключается именно в гибкости, благодаря которой её можно уложить на любую поверхность. Однако производительность у них невелика. Помимо кремния, на подложку напыляются CIGS (смесь индия, меди, селена и галия) и теллуида кадмия.

Где используется солнечная энергетика

Солнечные панели используются во всех сферах, где востребовано электричество и нет возможности подключаться к центральным электросетям. Их устанавливают на частные дома, заряжают с их помощью аккумуляторы автомобилей, водного транспорта, даже самолёты и космические корабли.

Панели используются и в светофорах — это автономные системы, независимые от электропроводов. В некоторых местах и населённых пунктах прокладка электросети стоит очень дорого. Использовать автономные светофоры намного выгоднее, особенно светодиодные модели, которые расходуют в разы меньше энергии, чем аналоги с лампами накаливания.