Фотовольтаика

Фотовольтаический эффект открыл в 1839 году Эдмонд Беккерель, который заметил то, что в результате воздействия солнечного излучения возможно при определенных электрохимическх конфигурациях получать электрическую энергию. Фотовольтаический эффект однако начал использоваться для прямой перемены энергии солнечной радиации на электрическую энергию лишь в 1954 году.
Принцип состоит в том, что фотон, попадающий на полупроводниковую структуру с PN-переходом, возбуждает электрон и создает таким образом два носителя электрического тока: свободный электрон и дырка. Солярные элементы состоят из двух кремниевых слоя. Верхний слой кремния является полупроводником типа N (электропроводность посредничеством электронов), нижний слой кремния является полупроводником типа Р (электропроводность посредничеством так называемых дырок). Если в поблизость PN-перехоада проникает электрон, то происходит фотоэффект и освобожденные электроны начинают переходить в верхний слой. Электроны в нижнем слою начинают перескакивать из одного атома в другой так, чтобы заполнили свободные места. Свободные электроны в верхнем слою выводятся из элемента в электрическую цепь, в которой элемент встроен. Электрическая энергия начинает создаваться без шума, без каких-либо движущихся частей и без побочных продуктов. Фотовольтаическая система работает автоматически, без обслуживающего и без больших нужд по техническому уходу.

Фотовольтаические элементы соединяются в панели, в которых они взаимосоединены друг с другом и защищены стеклянной заслонкой. Чем поверхность панели и интенсивность излучения больше, тем больше ток течет. Мощность панелей выражается величиной так называемой пиковой мощности (Wp) – это мощность устройства при установленных условиях при интенсивности солнечного излучения 1000 вт/м2 и при температура 25 °С. Такие условия существуют при хорошей погоде тогда, когда Солнце находится в наивысшей точке небесного свода. Для достижения мощности 1 Wp необходим элемент с размерами приблизительно 10 х 10 см.

Солнечные элементы используют энергию, которая бесплатная, поэтому расходы на их эксплуатацию очень небольшие и сверх этого они очень надежны. Преимуществом фотовольтаики то, что панели возможно просто прибавлять и таким образом увеличивать мощность всего устройства. Владелец такого устройства может увеличивать его мощность в зависимости от возрастающего потребления энергии. Панели и остальные части переносные – следовательно их возможно устанавливать в любом месте. Элементы в настоящее время не выпускаются лишь в виде самостоятельных панелей, а многие фирмы их устанавливают в части кровли или внешних материалов на фасадах зданий. Установка солярных элементов в части строительных объектов существенно снижает расходы. При этом солнечные элементы на зданиях выглядят очень эстетично.

Путем соединения панелей впоследствии возникает фотовольтаический ряд (поле). Солярные панели выпускаются в нескольких исполнениям по мощности. Номинальное выходное постоянное напряжение составляет 12 в по аккумуляторам, в части сети это 30 – 300 в. Мощность, передаваемая солярными панелями переменная и зависит от интенсивности солнечного блеска. Солярные элементы работают тоже при облачной погоде благодаря рассеянному излучению, хотя тогда их мощность значительно ниже (примерно 10% максимума). Зимой количество приходящего солнечного блеска меньше, чем летом и следовательно и производится меньше электрической энергии. Срок службы солярных панелей составляет 20 лет и даже больше.