Cолнечные фотоэлементные панели solar panels (солнечные батареи) - альтернативный, автономный источник энергии

Солнечное излучение – это электромагнитная энергия, испускаемая солнцем. Количество энергии, достигающей Земли, эквивалентно 10-12 от полной энергии, генерируемой солнцем, или эквивалентно, приблизительно, 420 триллионов кВт-ч. Солнечное излучение вместе с производной солнечной энергией, например энергией волн и ветра, электроэнергией, выработанной ГЭС и биомассой – это наиболее доступный поток возобновляемой энергии на Земле. Принцип действия солнечных элементов большинства распространённых типов основан на фотогальваническом эффекте. Суть этого эффекта в появлении разности потенциалов или напряжения между двумя слоями полупроводникового материала при падении света на этот двухслойный материал. Напряжение, создаваемое в таком элементе, способно породить ток во внешней электрической цепи, который можно использовать для питания электрических устройств. Некоторое число солнечных элементов, соединённых последовательно и параллельно, формируют фотоэлементную (фотогальваническую)  панель (батарею). Современные солнечные фотоэлементные панели изготавливаются трех основных типов. Монокристаллические элементы вырезаются из одного большого кристалла кремния, а поликристаллические элементы изготавливаются из некоторого количества кристаллов. Кристаллический фотоэлемент – это полупроводниковая структура, которая формируется на поверхности кристалла кремния, используя его материал для построения производящего электричество p-n перехода. К третьему типу относятся аморфные солнечные элементы. Аморфный фотоэлемент представляет собой пленку кремния и других элементов осажденную на подложку (например, стальную фольгу). В результате такого последовательного осаждения создаются слои, формирующие p-n переходы, вырабатывающие электрический ток. Cолнечная фотоэлементная панель, характеризуются максимальной выходной мощностью, рабочими максимальными напряжениями и током, КПД преобразования, технологией изготовления. Современные технологии производства, позволили достичь компромисса между снижением производственных затрат и уменьшением КПД преобразования солнечного света в электричество, обеспечили возможность снижения стоимости производства солнечных панелей. Особенности использования солнечных фотоэлементных панелей (собнечной батареи) 1) Меньший КПД влечет необходимость использовать солнечные батареи большей площади. 2) Более высокое выходное напряжение единичного фотоэлемента позволяет строить солнечные батареи из меньшего их числа, следовательно, меньшего количества соединений, что повышает общую надежность батареи. К примру, для получения на выходе 14 В необходимо соединить последовательно около 30 кристаллических ФЭ, и всего 8шт аморфных. 3) При заводском  изготовлении все солнечные панели ламинируют в пластик  из которого выходят только выходные проводники, поэтому они всегда герметичны. 4) Аморфный кремний обеспечивает получение более дешевых фотоэлементов, однако пока кристаллы  дешевле. Разница в технологиях и стоимости сокращается с каждым годом. 5) Вес  панели с учетом необходимой механической защиты и его площади получается практически одинаковым для аморфных и кристаллических батарей. В настоящее время все стационарные батареи изготавливают из кристаллического кремния, а большинство мобильных – из аморфного. Мощность складывается из двух параметров — тока и напряжения, и в характеристиках на солнечную батарею могут приводиться два значения этих величин — максимальные и рабочие. Для напряжения это будет соответственно напряжение без нагрузки и рабочее, для тока — ток короткого замыкания и рабочий. Различие между максимальным и рабочим напряжениями составляет приблизительно 15-20%. При эксплуатации солнечной панели нужно стремиться к тому, чтобы при подключенной нагрузке ее выходное напряжение было бы равно рабочему, указанному в технических характеристиках. В этом случае мощность, отдаваемая батареей, будет максимальной. Производство солнечных фотоэлементов начало стабильно возрастать с  в 2007 г. Ежегодный прирост  составляет порядка до 3800 МВт и удваивается каждые 2 года. Кремний - является наиболее важным материалом для производства солнечных батарей. В настоящее время это практически единственный материал, используемый для массового производства солнечных фотоэлементов. Помимо кремния используются другие материалы для изготовления солнечных панелей используемых в особо ответственных системах в качестве источника энергии. Арсенид галлия (GaAs) -GaAs используется для производства высокоэффективных солнечных фотоэлементов. Этот материал часто используется в концентрированных ФГ-системах и космических приложениях. Его КПД доходит до 25% и до 28% при концентрированной солнечной радиации. Специальные типы имеют КПД более 30%. Теллурид кадмия (CdTe) - тонкопленочный материал, получаемый осаждением или напылением, является многообещающей недорогой основой для фотогальванических систем в будущем. КПД лабораторных экземпляров солнечных фотоэлементов достигает 16%, а промышленных – 8%. Медноиндиевый диселенид (CuInSe2 или CIS) - тонкоплёночный материал, КПД которого достигает 17%. Это перспективный материал, не используемый широко на данный момент из-за особенностей процесса производства.