Сонячний елемент
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Со́нячний елеме́нт (фотоелемент, фотоелектричний перетворювач — ФЕП) — це напівпровідниковий прилад що служить для перетворення світлової енергії у електричну. В основі цього перетворення лежить явище фотоефекту.
Зміст |
[ред.] Принцип роботи
Принцип роботи сучасних фотоелементів базується на напівпровідниковому p-n переході. При поглиннанні фотона в області, яка прилягає до p-n переходу, створюється пара носіїв заряду: електрон і дірка. Одна із цих часток є неосновним зарядом і з великою ймовірністю проникає крізь перехід. В результаті створені завдяки поглинанню енергії фотона заряди розділяються в просторі й не можуть рекомбінувати. Як наслідок порушується рівновага густини зарядів. При під'єднані елементу до зовнішнього навантаження у колі протікає струм.
Говорять про напругу холостого ходу і струм короткого замикання. Напруга холостого ходу (Vvo) — максимальна напруга (зовнішнє навантаження нескінченне), яку може генерувати елемент. А струм короткого замикання (Isc), це максимальний струм (коли зовнішнє навантаження дорівнює нулю), який може генерувати елемент. У робочому режимі напруга і струм є меншими, і при певних значеннях (Vmax і Imax) елемент має максимальну потужність (Pmax).
[ред.] Втрати у сонячному елементі
Основні необоротні втрати енергії у фотоелементах пов'язані з:
- відбиттям сонячного випромінювання від поверхні перетворювача,
- проходженням частини випромінювання через фотоелемент без поглинання в ньому,
- розсіюванням на теплових коливаннях кристалічної ґратки надлишкової енергії фотонів,
- рекомбінацією фотопар, що утворилися на поверхнях і в об`ємі фотоелемента,
- внутрішнім опором перетворювача,
- деякими іншими фізичними процесами.
Сонячні елементи служать для електропостачання у віддалених районах Землі або на орбітальних станціях, де неможливо використовувати електромережу, а також для живлення калькуляторів, радіотелефонів, зарядних пристроїв, насосів.
[ред.] Матеріали
Фотоелементи виготовляють з різноманітних напівпровідникових матеріалів. Процес виготовлення фотоелемента близький до процесів виготовлення інших напівпровідникових приладів, наприклад чіпів.
Монокристалічні фотоелементи найбільш складні і дорогі оскільки для їх виготовлення потрібен кристалічний кремній, однак мають найбільшу ефективність (14 %-20 % перетворення світла у електричну енергію).
Полікристалічні, чи мультикристалічні фотоелементи дешевші ніж монокристалічні, однак менш ефективні.
Тонкоплівкові фотоелементи використовують тонкі плівки що виготовляються з розплавленого кремнію. Такі фотоелементи найменш ефективні.
У космічних апаратах використовуються також багатоперехідні сонячні елементи або гетерофотоелементи. Такий елемент складається з декількох p-n переходів (AlGaAs-GaAs), кожен з яких вловлює світло певного спектру. Такі сонячні елементи досягають найвищої ефективності — 35 %. Велика складність виготовлення таких пристроїв робить їх малопоширеними.
Для підвищення ефективності перетворення світла також використовують концентрувальну оптику.
На даний момент ведуться дослідження по створенню гнучких плівкових сонячних елементів, а також напівпровідникових фарб, використанню органічних напівпровідників.
[ред.] Темпратурний режим
Важливим моментом роботи сонячних елементів є їхній температурний режим. При нагріванні елемента на один градус понад 25 °C він втрачає в напрузі 0,002 В, тобто 0,4 %/градус. Це становить проблему для фотоелементів з концентрувальною оптикою. Тому вони потребують додаткового охолодження.
[ред.] Сонячна батарея
Напруга холостого ходу, яка генерується одним елементом, злегка змінюється при переході від одного елемента до іншого в одній партії і від однієї фірми-виробника до іншої і складає близько 0,6 В (рис.1). Ця величина не залежить від розмірів елемента та його освітленості. Щоб підвищити вихідну напругу сонячні елементи з'єднують послідовно. Такі з'єднання називають сонячною батареєю. Негативним моментом такого з'єднання є дещо менша надійність, оскільки достатньо виходу з ладу (або просто попадання у тінь) одного елемента щоб струм зменшився у цілій батареї. Сонячні елементи не «бояться» короткого замикання.
Стандартними умовами для паспортизації сонячних батарей в усьому світі визнаються наступні:
- освітленість 1000 Вт/м2,
- температура 25 °C,
- спектр АМ 1,5 (сонячний спектр на широті 45°).
Вартість сонячних батарей швидко зменшується (у 1970 р. 1 кВт*год електроенергії, виробленої з їхньою допомогою коштувала $60, у 1980 р. — $1, зараз — $0,20-$0,30). Завдяки цьому попит на сонячні батареї росте на 30 % у рік, щорічний обсяг їхнього продажу перевищує (за потужністю) 50 МВт.
| Перетворення енергії: р | ||
|---|---|---|
| Перетворення енергії: | Збереження енергії | Відновлювальна енергетика | Зелена енергія | Розподілена енергетика | Розподілене тепло | Генерування електроенергії | Освітленість | |
| Сонячна енергетика: | Тепловий насос | Сонячна батарея | Сонячна панель | Централізована геліоенергетика | Сонячний дім | |
| Геотермальна енергетика: | Геотермальна помпа | |
| Вітроенергетика: | Вітрогенератор | |
| Гідроенергетика: | Енергія хвиль | Енергія припливів | |
| Біологічне: | Біомаса | біоетанол | E85 | Біогаз | Біодизель | Біопаливо | |
| Хемічна енергія: | Паливний елемент | Воднева устава | |
| Палива: | Нафтовидобуток | Торф | |
| Різне: | Збереження теплової енергії | Теплоконденсатор | |
| Енергія: Wh = ватт-година, GWh = 3,6 TJ, toe = 11,63 MWh Потужність: MW = 1000 kW, GW = 1000 MW, TW = 1000 GW | ||
 |
Цю статтю необхідно відформатувати, використовуючи мову розмітки Вікі.
Ви можете допомогти проекту, зробивши це!
|
