Електроспоживання від сонця

Вже багато років людство використовує електроенергію для поліпшення життєзабезпечення. Те, що зараз працює в повсякденному ритмі, раніше здавалося чимось дивним і недосяжним.

Батьком-засновником електроенергії прийнято вважати англійського фізика-експериментатора Майкла Фарадея. Саме завдяки йому з'явилася електромагнітна індукція, яка стала основою у виробництві сучасного промислового електрики. Майкл Фарадей створив першу модель електродвигуна і перший в світі трансформатор. Зараз сучасне життя складно уявити без електроенергії. Вона необхідна скрізь. Але з екологічної точки зору її використання виразно позначається на стані нашої планети: основне джерело вироблення – вуглеводнева сировина. Для більш щадного електроспоживання були розроблені спеціальні сонячні батареї, що дозволяють знизити рівень напруги землі і більш екологічно використовувати її ресурси.

Характеристика сонячних батарей

Сонячні батареї (їх ще називають фотоелектричні сонячні панелі) представлені у вигляді тонких кремнієвих пластин. За будовою вони нагадують своєрідний листковий пиріг, де кожна пластина виконує певну функцію. В основі лежить герметична рама (вона з'єднує всі шари сонячної батареї) і контактна розподільна коробка з діодами. Потім відображає матеріал (зворотна стінка панелі), на якому розташовані фотоелементи і полімерна плівка двох видів: перший у вигляді сітки кріпиться між фотоелементами, а другий – захисною плівкою поверх фотоелементів. На зовнішній стороні сонячну батарею покриває загартоване скло, яке витримує високий градус нагрівання, при цьому поглинаючи надходять промені сонця.

Сонячна енергія має достатньо переваг: вона завжди загальнодоступна і невичерпна; безпечна для всього навколишнього середовища, і, що не менш важливо, вона багато в чому перевершує енергію інших доступних для людини джерел. Сонячний ресурс не випускає вуглекислий газ і інші шкідливі викиди в атмосферу. Це безумовно екологічний і корисний варіант отримання електроенергії. Однак є і зворотна сторона. Сонячна енергія безпосередньо залежить від погодних умов (якщо не буде повноцінного природного світла – прямих сонячних променів, то не буде від нього електроенергії), від зміни дня/ночі і навіть сезонних змін літо-зима (особливо коли світловий день буває коротким) відбувається зупинка вироблення енергії в сонячних батареях.

Більшість фахівців поділяють сонячні батареї на два основних типи панелей:

• Монокристалічні панелі (у виробництві комірок використовується кремній високого очищення. Кристали однорідні і спрямовані в осередках строго паралельно. Максимальний рівень ККД можливий тільки при прямих сонячних променях, а при світінні під кутом значно падає);
• Полікристалічні панелі (кристали спрямовані в різні боки. Через це ККД нижче, але такі панелі значно краще працюють при розсіяному світлі і високих температурах).

При невеликій різниці обидва типи панелей можуть вдало справлятися з поглинанням світла і виробленням енергії. Все залежить від якості осередків всередині панелей, їх світлочутливості і погодних умов.

Як це запрацювало?

Праці багатьох великих вчених були закладені в створення елементів, здатних перетворювати випромінювання в електричний струм. Джерелом електрики сонячна енергія стала завдяки відкриттю французького фізика Олександра Едмона Беккереля, який в 1839 році отримав ефект перетворення сонячного світла в електрику – явище фотогальванічного ефекту. Саме він під час досвіду виявив, що під впливом випромінювання в розчині виникає електрична напруга.

Перші прототипи сонячних батарей були створені італійським фотохіміком Джакомо Луїджі Чамічаном. А вже в 1883 році американський вчений Чарльз Фрітц винайшов повноцінну сонячну батарею. Це була "настільна" електростанція, яка працювала від маленької селенової пластинки і мала ККД 1,5%. Так з'явився перший в світі працюючий фотоелемент. Поступово рівень ефективності ККД сонячних батарей збільшувався.

У 1958 році, сонячні батареї пішли у відкритий космос для вироблення електроенергії на борту космічного корабля. Там вони і сьогодні вдало справляються зі своєю роботою.

У 1994 році в американській Національній лабораторії відновлюваної енергії розробили перші сонячні батареї на рідкоземельних елементах замість кремнію. Ці зразки вже мали ККД 30%. А через рік, Томас Фалуджі запатентував свій новий винахід-інтегровані сонячні панелі, які встановлювали на дахах будівель, вуличних ліхтарях і навіть кріпили до одягу.

У 2015 році промислові плівки батарей були вперше надруковані на 3D-принтері. Тепер удосконалення сучасних сонячних батарей стрімко йде вперед. Основний орієнтир-тонкоплівкові технології. Панелі третього покоління не товщі паперу, друкуються на 3D-принтерах і вже зараз досягають ефективності більше 40%. Вони стануть доступними, екологічно безпечними, універсальними і будуть швидко виготовлятися цілими рулонами. Такі сонячні батареї з часом можуть повністю замінити важкі і дорогі кремнієві модулі.

Сьогодні виробництво сонячних батарей стало актуальним питанням у поліпшенні екології. Ці джерела енергії охоплюють широкий спектр багатьох областей (телекомунікація, космічна галузь, медицина, мікроелектроніка). Сонячні батареї у вигляді великих масивів використовуються в різних супутниках і сонячних електростанціях.

Еволюція сонячних батарей проходить довгий шлях, перш ніж стати безкоштовною і доступною сонячною енергією для всіх.