Вчені вже давно почали міркувати над питанням перетворення сонячної енергії в електроенергію, тому перші спроби датувалися початком XX століття. У той час дослідники намагалися реалізувати проєкт термальної електростанції, яка б трансформувала б сонячну енергію. Проте їх спроби не увінчалися успіхом. Провівши роботу над помилками, вчені дійшли висновку, що потрібно використовувати сонячну енергію напряму.
Таким чином з’явилася фотоелектрична теорія Олександра Беккереля. Проте вчені змогли перевірити її робочість лише через 34 роки, у 1873 році. Оскільки саме цей рік став роком відкриття напівпровідників, які є обов’язковими учасниками фотоелектричного ефекту.
Після цього почалася історія СЕС – сонячних електростанцій.
Що таке сонячна панель?
Сонячна батарея – це система фотоелектричних елементів, які накопичують сонячне світло та здійснюють процес його перетворення на електроенергію.
Залежно від типу сонячних батарей їх зовнішній вигляд, потужність та можливості будуть відрізнятися одне від одного.
Отже, існують такі основні типи сонячних батарей:
1. Тонкоплівкові.
Ці сонячні панелі виготовляються із тонких шарів аморфного кремнію, які наносять на основу, виготовлену з фольги або скла; діселеніда та міді. У порівнянні з іншими видами панелей ці найдешевші. Проте у той же час вони найменш продуктивні, оскільки їх ККД 6-13%.
2. Полікристалічні
Для виготовлення цих видів сонячних панелей використовують полікристали кремнію та деякі інші домішки. Відсоток ККД полікристалічних сонячних панелей становить 15-18. При цьому технологія їх виробництва – проста та дешева, тому їх вартість нижча ніж у монокристалічних.
3. Монокристалічні
Для виготовлення монокристалічних сонячних панелей використовують монокристали кремнію. Їх рівень ККД – найвищий і складає від 17 до 25 %. Своїм користувачам вони можуть слугувати до 25 років. Чарунки монокристалічних сонячних панелей легко впізнати, оскільки вони мають наступний зовнішній вигляд: форма квадрата зі зрізаними кутами темно-синього або чорного кольору. Ці панелі найдорожчі, проте і найефективніші у перетворенні сонячної енергії в електроенергію.
З чого складаються сонячні панелі?
Будова кожної сонячної панелі має схожі елементи, основними з яких є взаємопов’язані між собою фотоелектричні комірки, які виготовлені з напівпровідника, рамки, скла, кремнієвої пластини, інкапсулятна, розподільчої коробочки.
Принцип роботи сонячних панелей.
Сонячні панелі у своїй основі мають напівпровідники. У той момент, коли на них потрапляє сонячне проміння, вони починають нагріватися, поглинаючи половину виділеної від сонячних променів енергію. З загальної атомної будови напівпровідника фотони світла вибивають електрони. Після цього вільні електрони починають формувати заряд.
Кожна комірка сонячної панелі не є суцільним кремнієвим сегментом, а складається з двох шарів. Проте цього недостатньо для створення повноцінного електричного поля, тому для формування позитивного та негативного заряду потрібно використовувати сторонні речовини.
Щоб отримати зайві електрони з негативним зарядом, верхній шар кремнію насичують фосфором. Паралельно з цим нижній шар насичують бором, що призводить до зменшення електронів, а отже відбувається формування позитивного заряду. Ці процеси впливають на створення електричного поля між верхнім та нижнім шаром. Далі фотон сонячного світла вибиває вільний електрон, електричне поле виштовхує його із з’єднання кремнію. Таким чином формується струм.
Утворений електричний струм виводиться в систему через струмо знімні шини та електропровідні пластини, які розміщені по боках.
Проте треба пам’ятати, що спочатку утворюється постійний струм, але в мережі до якої під’єднують різноманітні гаджети протікає змінний струм. Тому вироблена електроенергія направляється до контролера та інвертора, саме там відбувається перетворення постійного струму на змінний.
Чи можна використовувати сонячні панелі взимку?
Сонячні панелі генерують електроенергію при взаємодії з сонячними променями. Проте, не завжди бувають сонячні дні, тому інженери поставили перед собою задачу знайти максимально креативні та ефективні рішення для отримання максимальної кількості електричної енергії, навіть, взимку та хмарну погоду.
Низькі температури, сніг, лід.
Взимку через недостатнє сонячне світло продуктивність сонячних панелей значно знижується у порівнянні з літнім періодом. Однак, коли взимку сонячна погода низькі температури сприяють збільшенню ефективності вироблення електроенергії, оскільки зменшують опір в електричних компонентах сонячних панелей.
Обслуговчий персонал нагріває панелі. Таким чином видаляється непотрібний сніг та лід та підтримується робота конструкції в цілому.
Існує ряд сучасних сонячних панелей, які встановлюються спеціально під кутом, що дозволяє снігу природно зісковзувати, тим самим підтримуючи доступ до сонячного світла.
Хмарні дні та слабке сонячне світло.
Продуктивність вироблення електроенергії зменшується, але продовжується, навіть, в умовах хмарності. Оскільки при виготовлені сонячних панелей використовуються удосконалені технології, які працюють не лише від прямих сонячних променів, а використовують весь світловий спектр.
Отже, використання сонячних панелей не тільки сприяє розвитку відновлювальної енергетики та зменшенню впливу на навколишнє середовище, але й створює надійне резервне джерело енергії в умовах ворожих атак, аварій, природних катастроф або технічних збоїв. А подальший розвиток технологій дозволяє зробити сонячні панелі ще більш ефективними.
