1.3. Солнечные батареи

Солнечная батарея-это несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Фотоэлемент-это электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий. Принцип действия солнечных батарей состоит в прямом преобразовании солнечного света в электрический ток. При этом генерируется постоянный ток. Как правило, материалом для этого изделия является полупроводниковый кремний. Если есть потребность в повышенной мощности устройства, то применяют батареи из кристаллического кремния. В этом случае можно говорить о двух типах. К первому относятся батареи из монокристаллического кремния. Внешне этот материал можно отличить благодаря равномерному чёрно-серому цвету поверхности. Второй тип представлен современным поколением элементов, сделанных из более дешёвого поликристаллического кремния. Изготовление производится методом литья. Выглядит материал как синяя поверхность с неравномерным переливом. Кроме того, кремний дополняется небольшим количеством мышьяка и бора. Два сложенных тонких листа соединяется таким образом, чтобы сохранялся p-n-переход. Один из используемых листов содержит примесные атомы бора, другой – примесные атомы мышьяка. Одна пластина (наружная) характеризуется переизбытком электронов, а внутренняя – их недостаточным количеством. Такова конструкция простейшего солнечного источника тока (рис.1.2.3.):

Рис.1.2.3. Схема элементов солнечной батареи

В результате действия солнечных лучей происходит освещение элемента и оба слоя взаимодействуют как электроды обыкновенной батареи – возникает ЭДС. Луч как бы «будит» электроны, которые начинают перемещаться из одной пластины в другую. А выработка солнечного света не связана с химическими реакциями. Именно поэтому такая солнечная батарея может прослужить очень долго. Солнечные батареи могут быть использованы для обеспечения электричеством и подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п. также они используются в космических аппаратах. Солнечные батареи крупного размера, как и солнечные коллекторы, очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крышах домов.

2.Развитие солнечной энергетики в Белгородской области.

По мнению специалистов, применение источников альтернативной энергии на Белгородчине достаточно перспективно, поскольку область занимает лидирующие позиции по темпам развития животноводства и птицеводства, и эффективное решение вопроса утилизации отходов играет важную роль в развитии АПК региона. Однако, экономика региона находится в сильной энерго-зависимости. В Белгородской области на собственных генерирующих установках вырабатывается не более 10 % электроэнергии, остальной объём поступает из других областей, но солнечная энергетика развивается и усовершенствуется. В 2010 году в Белгородской области компанией «АльтЭнерго» была построена первая в России солнечная электростанция (рис. 2.1).

Рис.2.1 Солнечная электростанция Яковлевского района Белгородской области

В настоящее время вблизи хутора Крапивенские Дворы Яковлевского района, что недалеко от города Строитель, ООО «АльтЭнерго» эксплуатирует поликристаллические солнечные батареи российского производства и аморфные венгерской фирмы-производителя, общей мощностью 100 кВт. Панели фотоэлектрических преобразователей или солнечных батарей, способны преобразовывать часть солнечного электромагнитного излучения в электрический ток. Поликристаллические солнечные батареи состоят из распиленного на пластины полупроводникового кремния. При попадании на их поверхность солнечного света в устройстве начинается движение электронов, вырабатывается постоянный электрический ток, который затем преобразуется в переменный. В устройствах аморфного типа полупроводники в вакууме расщепляются на мельчайшие частицы, и воздействие света становится наиболее интенсивным, поэтому аморфные источники обладают высокой производительностью и могут работать при плохих погодных условиях и слабой освещённости. Также в Белгородской области установлены фонари освещения с солнечными батареями (рис. 2.2).

Рис.2.2 Схема фонаря с использованием солнечной батареи

Основным источником энергии для фонаря является солнечный свет, который при помощи фотомодуля превращается в электроэнергию. Контроллер, находящийся в корпусе фонаря, стабилизирует силу тока и управляет режимами заряда/разряда гелиевого аккумулятора. Накапливаемая энергия в аккумуляторе при помощи контроллера, через драйвер поступает на лампу, со сверх-яркими светодиодами. В 2010 году по проспекту Ватутина появился автономный энергосберегающий комплекс, который заряжается от солнечной батареи. «Солнцеворот 4000» – именно такое название носит комплекс – заряжается в течение светового дня от солнечной батареи. Восемь секций батареи, направленные на юг, даже в пасмурную погоду улавливают ультрафиолетовое излучение и заряжают аккумуляторы комплекса. Энергии хватает, чтобы обеспечить освещением подъезды и площадки возле дома. Энергия солнца обеспечивает работу справочно-информационной транспортной системы и Wi-Fi. По совокупности полученных данных можно сделать вывод, что развитие энергетики Белгородской области должно идти по пути сочетания традиционных способов выработки энергии с альтернативными. Это способствует быстрейшему развитию области по всем направлениям экономики.