Человечество уже не раз пыталось обуздать солнечную энергию и направить ее на обеспечение собственных благ. Известные сегодня каждому солнечные батареи — это уже вторая попытка и, как мы видим, весьма удачная. Изначально были созданы солнечные термальные станции или коллекторы. Принцип их работы заключался в том, что нагретая под прямым солнцем до температуры кипения вода, продуцировала электиричество. Это был малоэффективный, но при этом весьма сложный процесс. Солнечные батареи в свою очередь вырабатывают электричество напрямую — при такой трансформации теряется минимум энергии, как в случае с первой идееи с коллекторами (там основа принципа работы заключалась в многоступенчатой трансформации энергии — концентрация непосредственно солнечных лучей, последующий нагрев воды при их помощи, выделение пара, который должен был вращать паровую турбину и аж в конце получение электроэнергии при помощи генератора).
Как работают современные солнечные батареи?
Солнечные батареи (https://vinur.com.ua/products/solnechnie-batarei)- это полупроводниковые изделия, принцип работы которых состоит в аккумуляции солнечной энергии и ее последующем преобразовании в электрический ток. Современные устройства состоят из цепи полупроводниковых элементов — солнечных панелей, как раз они и преобразовывают энергию Солнца в ток. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом, который в середине XIX века заметил и открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель. Лишь спустя пол века Александр Столетов создал первый фотоэлемент — солнечную панель, которая, конечно, была далека от современных экземпляров, но действовала! И лишь в двадцатом веке Альберт Эйнштейн подробно описал фотоэлектрический эффект, чем привлек внимание всего научного мира.
Принцип работы
Солнечная панель, или полупроводник — это материал, который состоит из атомов. Атомы в свою очередь либо имеют лишние электроны (n-тип), либо, наоборот, в них их существенный недостаток — (p-тип). Т.е., иначе говоря, полупроводник состоит из двух слоев, каждый из которых обладает разной проводимостью: n-слой — это катод, а p-слой — анод. Лишние электроны (n-слой) могут покидать атомы, а p-слой их захватывает. Этот процесс происходит благодаря солнечным лучам — таким образом электроны двигаются по кругу — выходят из p-слоя, проходят через нагрузку (в данном случае используется аккумулятор) и возвращаются в n-слой.
Главные преимущества и недостатки солнечных батарей
К преимуществам можно отнести следующие:
- обильность. Т.к. потенциал солнечной энергии — вся поверхность земного шара, в перспективе можно получать около 120 тераватт при помощи солнечного света, что в десятки раз превышает потребности человечества
- возобновляемость. В отличие от природных ресурсов в виде газа, нефти, угля и т.д. энергия Солнца неисчерпаема
- доступность. Несмотря на скептические мнения о том, что данный вид энергии доступен только в экваториальных странах, мы можем наблюдать успешный опыт внедрения солнечных батарей и северных широтах
- экологичность. Нельзя сказать, что вред, наносимый природе при помощи солнечных панелей абсолютно равен нулю, но по сравнению с традиционными источниками он гораздо меньше
- бесшумность
- невысокие эксплуатационные затраты и экономичность
Несмотря на вышеперечисленные достоинства, нельзя сказать и о недостатках солнечных батарей. Первый, на который чаще всего обращают внимание — это весьма высокая стоимость. Если использовать их в бытовых целях, то, увы, система доступна далеко не каждому жителю планеты. Сюда же можно отнести непостоянство — из-за полного отсутствия солнечных лучей в ночное время, а также гораздо меньшей их концентрации в пасмурную погоду, а для многих регионов — в зимний и осенний период. Для сглаживания поступления энергии и ее запаса существуют аккумуляторные батареи. Но и отсюда вытекает еще один минус — их цена очень высокая и доступна даже не каждому, кто уже эксплуатирует солнечные панели.
Можно смело утверждать, что за источниками альтернативной энергии будущее. Однако скорее всего пройдет еще не один десяток лет до их массового и, главное — доступного использования не только в промышленных, но и в бытовых целях. Сегодня многие имеют успешный эксплуатационных опыт солнечной энергии, используя ее как дополнительный источник, а не основной.
