Использование дармовой солнечной энергии давно привлекает ученых и изобретателей. Поэтому солнечные элементы все шире проникают и в быт, и в промышленность. Ведущие страны мира возлагают на солнечную энергетику большие надежды. И хотя в настоящее время ее доля в общемировом объеме произведенной электроэнергии составляет менее 1%, к 2025 году предполагается поднять ее до 20-25%.
Содержание статьи
Принцип действия фотоэлементов
Основой солнечных батарей являются фотоэлементы. Когда на него падает солнечный свет, представляющий из себя поток фотонов, материал фотоэлемента поглощает его. Каждый фотон обладает малым количеством энергии. Благодаря свойствам материала, из которых изготовлен фотоэлемент, при поглощении фотонов происходит процесс освобождения электронов в фотоэлементе. Свободные электроны, в свою очередь, создают электрический ток. Таким образом, фотоэлемент генерирует электричество, которое может быть сразу использовано или запасено в аккумуляторной батарее. Пока фотоэлемент освещается, процесс образования свободных электронов и генерирования электрического тока непрерывно продолжается.
Один фотоэлемент выдает напряжение около 0,4-0,5 В при токе 25-30 мА. Поэтому для практического использования их соединяют в модули. Длительность эксплуатации солнечных модулей находится в пределах 20 и более лет. Их износ и старение происходит, главным образом, от воздействия окружающей среды.
Материалы и технологии изготовления фотоэлементов
По типу используемых материалов фотоэлементы делятся на неорганические и органические. Подавляющая часть (около 90%) из выпускаемых в настоящее время для практического применения солнечных модулей изготавливается из кремния. Кремниевые фотоэлементы бывают следующих типов: монокристаллические, поликристаллические и аморфные (тонкопленочные). Различие между ними состоит в том, как организованы атомы кремния в кристалле. От этого зависит их КПД: монокристаллические обеспечивают от 15 до 22 %, поликристаллические – от 12 до 17 %, аморфные – от 6 до 10 %.
В последние годы идет разработка новых типов не кремниевых неорганических тонкопленочных фотоэлементов. В них чаще всего используются медь-индий-дисиленид и теллурид кадмия. Такие элементы более дешевы, но их КПД ниже – от 8 до 12%. Доля в серийном производстве таких фотоэлементов составляет 7-8 %.
Неорганические фотоэлементы имеют высокую себестоимость, а процесс производства кремния экологически небезопасен. Органические фотоэлементы существенно дешевле, однако их КПД значительно ниже.
Перспективы использования фотоэлементов в электромобилях
Заманчиво иметь автомобиль, который кроме электромотора и солнечных фотоэлементов никаких других агрегатов не имеет. Однако из вышесказанного ясно, что современные солнечные батареи не могут дать столько энергии, сколько требуется машине с нормальными габаритами для езды с полезной нагрузкой в виде пассажиров или грузов.
Чтобы обеспечить электромобиль достаточной мощностью от солнечного света, необходим фотоэлектрический модуль довольно большой площади. Поэтому все существующие конструкции «солнцемобилей», как правило, представляют собой плоские одноместные аппараты на велосипедных колесах с блестящими от солнечных пластин поверхностями и внушительной стоимостью. Такой транспорт вряд ли пригоден для повседневного использования.
Но если ездить на фотоэлементах пока что невыгодно, то почему бы не приспособить их для подзарядки электромобилей? Ведь в этом случае размеры солнечных модулей не имеют большого значения. Уже имеются экспериментальные зарядные станции, которые получают энергию только от солнца, не загрязняя окружающую среду.
