Принцип работы солнечных панелей

Данной статьей будет положено начало циклу статей, посвященному солнечной электроэнергетике. Будут рассмотрены вопросы начиная от базовых технических принципов работы солнечных панелей, до текущего законодательного регулирования развития солнечной, а также в целом возобновляемой электроэнергетики в России.

Солнечные панели, называемые также фотоэлектрическими панелями или фотоэлектрическими модулями, на самом деле представляют из себя достаточно простое устройство, принцип работы которого основан на p-n переходе.

Принцип работы ФЭМ

Солнечный свет попадает на слой кремния p-типа, насыщенного электронами, создавая разницу потенциалов со слоем кремния n-типа, который держат в темноте. В p-области полупроводника наблюдается значительное увеличение концентрации свободных электронов. В n-области, как известно, электронов не хватает (n-области свойственна дырочная проводимость, за счет отсутствия одного электрона в каждой ковалентной связи атомов полупроводника. Таким образом, между p и n поверхностямя полупроводника возникает разность потенциалов, солнечная панель накапливает заряд подобно конденсатору. Если теперь замкнуть внешнюю цепь, то электроны из n-слоя, совершив работу на нагрузке, будут возвращаться в p-слой.

Разность потенциалов составляет как правило 0,5 Вольт. Для увеличения напряжения используется несколько кристаллов, которые соединяются последовательно между собой. Если соединить панели параллельно, увеличится воходной ток. Таким образом, изменяя количество и схему подключения кристалов можно изменть получаемое напряжение и ток.

Для замыкания p и n слоев на поверхности полупроводниковой структуры фотоэлектрических панелей имеется контактная система. На освещённой поверхности контакты выполняются в виде сетки или гребёнки (для того чтобы не препятствовать прохождению солнечного света), а на тыльной могут быть сплошными.

Солнечные панели не способны преобразовать энергию Солнца в электроэнергию в полном объеме, основные потери связаны с отражением солнечных лучей от поверхности панелей (блики), рекомбинация положительных и отрицательных зарядов внутри и на поверхности модулей, внутренним сопротивлением, с иными физическими процессами.

Итоговый КПД современных фотоэлектрических модулей составляет 15-25%, хотя в лабораторных условиях удавалось создавать панели с КПД близким к 45%. Массового распространения солнечные панели с таким высоким КПД пока не получили по причине сложности их производства.

Дата добавления ­ 30.01.2016