Что такое солнечные элементы, каково их предназначение?

Солнечный элемент (по-другому он еще именуется фотоэлемент) – это прибор, состоящий из полупроводников, основным предназначением которого является трансформация энергии света в ток. Научной основой рассматриваемого преобразования служит явление фотоэффекта.

Солнечные элементы совершенно обоснованно  называют наиболее значимой частью солнечных батарей, потому как последние и есть не что иное, как соединенные между собой в единую систему солнечные элементы (их количество определяется размерами системы). Функция солнечных элементов заключается в преобразовании световой энергии в   ток (причем постоянный).

Благодаря своим функциональным и структурным особенностям, солнечные элементы, как и построенные уже на их основе батареи, могут иметь самые разные размеры – начиная от микроскопических солнечных элементов калькулятора до покрытия машин и зданий (чаще всего вы можете их видеть установленными на крышах).

С каждым годом актуальность использования энергии Солнца растет, ведь она считается достойной альтернативой  устаревающей выработке электроэнергии, добываемой путем переработки  ископаемых видов топлива и энергии атома. Поэтому в данном направлении отмечается систематический, неуклонный прогресс.

Принцип работы любых фотоэлементов зиждется на полупроводниковом pn переходе. В случае  проникновении фотона в область, непосредственно прилегающую к pn переходу, возникает пара носителей заряда. Таковыми являются электрон и дырка. С высокой долей вероятности одна из этих частиц,  играющая роль неосновного заряда, проникает чрез переход. Результатом этого явления становится то, что появившиеся благодаря поглощению световой энергии фотона заряды, утрачивают способность к рекомбинированию и разделяются в пространстве. Соответственно,  происходит нарушение равновесия плотности зарядов. При подсоединении элемента к внешней нагрузке в цепи появляется  ток. Большая часть необратимых энергопотерь в фотоэлементах так или иначе связана с низким КПД  трансформации фотона в электронно-дырочную пару.

Применение на практике

Солнечные элементы стали незаменимы  для электроснабжения преимущественно в отдаленных от ЛЭП местах или на орбитальных станциях, не позволяющих  использовать электросеть. Кроме того, современные технологии сделали возможным применение солнечных элементов  для запиткикалькуляторов, радиотелефонов, а также зарядных устройств, насосов. 
Август 2009 г. ознаменовался тем, что ученые смогли достичь  рекордной эффективности КПД солнечных батарей – 43% (иначе говоря, в данном случае 43% солнечной энергии переходило в электрическую). Однако приведенный  рекорд имел только лишь теоретическое значение – не было соблюдено несколько условий, имеющих место на практике.

Например, до того момента, как свет попадал  на батареи, он фокусировался особыми линзами. Помимо этого, стоимость всего задействованного в ходе эксперимента оборудования была далека от значений, позволительных в промышленном производстве. Поэтому рекорды практикой выглядят куда более скромными - в реальных условиях КПД рассматриваемого процесса не превышает 25%. 

Классификация солнечных элементов

В зависимости от того, какие материалы были использованы при изготовлении фотоэлемента, принято различать следующие их типы:

  • Монокристаллические  - они являются наиболее сложными и дорогостоящими (из всех, использующихся в широком обиходе), потому как для их изготовления необходим кристаллический кремний. Вместе с тем, именно они обеспечивают максимальный КПД  (14% -20% трансформации световой энергии в ток).
  • Поликристаллические или мультикристаллические  фотоэлементы – изготовлены из более доступного по цене материала, но вместе с тем отличаются и меньшей эффективностью.
  • Тонкопленочные фотоэлементы – их функционирование становится возможным благодаря использованию  тонких пленок, изготавливаемых из расплавленного кремния.  Эти фотоэлементы оказываются  наименее эффективны.

Гетерофотоелементы (используются в космических аппаратах) – наиболее дорогостоящие, они состоят  из большого количества pn-переходов (AlGaAs-GaAs), и обеспечивают максимальную эффективность – 35% - 50%. Но они стоят очень дорого, что значительно суживает их область применения.

Нужна консультация?

Оставьте свой номер телефона — и наши специалисты помогут Вам сделать выбор!