Принцип роботи сонячної батареї

Різні сонячні елементи (фотоелементи) представляють собою електричні пристрої, які здатні перетворювати частину сонячного випромінювання (електромагнітного) в електричний струм. Кілька об'єднаних разом фотоелементів (фотоелектричних перетворювачів) становитимуть сонячну батарею, яка може видавати певну напругу і силу струму.

Робота сонячних елементів полягає в явищі внутрішнього фотоефекту, що вперше був досліджений в 1839 р. ученим на ім'я Едмон Беккерель. Дане відкриття продовжило свій розвиток в 1873г., В час, коли Уїллоубі Сміт виявив подібний ефект при опроміненні світлом селенової пластини. І лише в 20-му столітті (початок 50-х р.) сонячні елементи досягли досить високого рівня своєї досконалості завдяки відкриттю нових матеріалів.

Пристрій сонячної батареї  (найпростішого фотоелемента) та основні принципи дії такі: у нас є звичайний напівпровідник, а саме - дві пластини приєднані одна до одної. Вони зроблені з кремнію з додаванням в кожну з них певних домішок. Це дозволяє отримати елементи з потрібними властивостями, тобто - перша пластина володіє надлишком валентних електронів, друга ж, навпаки, їх нестачею. У підсумку, шар «n» і «p».

Намежі зіткнення даних пластин існує зона замикаючого шару. Ця зона протидіє своїми електричними полями переходу надлишкових електронів з шару «n» у шар «p», де даних електронів не вистачає (місця з відсутніми електронами називають дірками). Якщо підключити до подібного напівпровідника зовнішнє джерело живлення («» до «p» і «-» до «n»), то зовнішнє електричне поле змусить електрони подолати замикаючу зону і через провідник потече електричний струм.

Щось подібне відбувається і при впливі сонячного випромінювання на наш напівпровідник. Коли фотон світла влітає в шари «n» і «p», він передає свою енергію електронам (що знаходяться на зовнішній оболонці атомів), тим самим розбиваючи атом на електрони і протони (в яких народжується дірка - місце відсутнього електрона). Далі, електрони з отриманою енергією вільно долають замикаючий шар напівпровідника і переходять із шару «p» у шар «n», а дірки, навпаки, переходять їх «n» у шар «p».

Цьому переходу електронів з області «p» в область «n» і дірок з області «n» у область «p», також сприяють електричні поля (позитивних зарядів, що знаходиться в зачиняючей зоні «n» провідника і негативних - в зоні «p »), які ніби втягують в себе, одні - електрони, інші - дірки. У результаті, шар «n» получає додатковий негативний заряд, а «p» - позитивний. Результатом цього явища буде поява в напівпровіднику різниці потенціалів між двома пластинами - дорівнює близько 0.5 В.

Сила електричного струму в сонячному елементі буде змінюватися пропорційно кількості захоплених поверхнею фотоелемента фотонів. Цей показник, у свою чергу, також буде залежати від безлічі додаткових чинників - це інтенсивність світлового випромінювання, площа, що має фотоелемент, часу експлуатації, ККД пристрою, що залежить від температури (при її підвищенні, провідність фотоелемента значно падає).

Виходячи з вищесказаного можна стверджувати наступне: сонячні елементи (фотоелементи, батареї ) не здатні видавати надвеликі потужності (займаючи при цьому малі площі для своєї роботи), вони не можуть працювати в безперервному режимі (через природної зміни дня і ночі), для підтримування необхідних і постійних значень (стабілізації) основних параметрів - сили струму і напруги, з'являється необхідність у використанні додаткових пристроїв (стабілізатори, акумулятори ...).

Але на роль додаткового джерела електроенергії, вони цілком годяться. Вони чудово можуть використовуватися в тих місцях, де потрібні невеликі потужності і немає можливості підключитися до міської електромагістралі. При об'єднанні принципу роботи сонячного елемента і електричного акумулятора, виходить повністю автономна система електропостачання, яку можна використовувати в регіонах з гарною освітленістю і потребами в малих електричних потужностях.