Уже много лет человечество использует электроэнергию для улучшения жизнеобеспечения. То, что сейчас работает в повседневном ритме, раньше казалось чем-то удивительным и недосягаемым.
Отцом-основателем электроэнергии принято считать английского физика-экспериментатора Майкла Фарадея. Именно благодаря ему появилась электромагнитная индукция, которая стала основой в производстве современного промышленного электричества. Майкл Фарадей создал первую модель электродвигателя и первый в мире трансформатор. Сейчас современную жизнь сложно представить без электроэнергии. Она необходима везде. Но с экологической точки зрения её использование определенно сказывается на состоянии нашей планеты: основной источник выработки – углеводородное сырье. Для более щадящего электропотребления были разработаны специальные солнечные батареи, позволяющие снизить уровень напряжения Земли и более экологично использовать её ресурсы.
Солнечные батареи (их ещё называют фотоэлектрические солнечные панели) представлены в виде тонких кремниевых пластин. По строению они напоминают своеобразный слоеный пирог, где каждая пластина выполняет определенную функцию. В основе лежит герметичная рама (она соединяет все слои солнечной батареи) и контактная распределительная коробка с диодами. Затем отражающий материал (обратная стенка панели), на котором расположены фотоэлементы и полимерная пленка двух видов: первый в виде сетки крепится между фотоэлементами, а второй – защитной пленкой поверх фотоэлементов. На внешней стороне солнечную батарею покрывает закаленное стекло, которое выдерживает высокий градус нагревания, при этом поглощая поступающие лучи солнца.
Солнечная энергия имеет достаточно преимуществ: она всегда общедоступна и неисчерпаема; безопасна для всей окружающей среды, и, что не менее важно, она во многом превосходит энергию других доступных для человека источников. Солнечный ресурс не выпускает углекислый газ и иные вредоносные выбросы в атмосферу. Это безусловно экологичный и полезный вариант получения электроэнергии. Однако есть и обратная сторона. Солнечная энергия напрямую зависит от погодных условий (если не будет полноценного естественного света – прямых солнечных лучей, то не будет от него электроэнергии), от смены дня/ночи и даже сезонных изменений лето-зима (особенно когда световой день бывает коротким) происходит остановка выработки энергии в солнечных батареях.
Большинство специалистов разделяют солнечные батареи на два основных типа панелей:
Монокристаллические панели (в производстве ячеек используется кремний высокой очистки. Кристаллы однородны и направлены в ячейках строго параллельно. Максимальный уровень КПД возможен только при прямых солнечных лучах, а при свечении под углом значительно падает);
Поликристаллические панели (кристаллы направлены в разные стороны. Из-за этого КПД ниже, но такие панели значительно лучше работают при рассеянном свете и высоких температурах).
При небольшой разнице оба типа панелей могут удачно справляться с поглощением света и выработкой энергии. Всё зависит от качества ячеек внутри панелей, их светочувствительности и погодных условий.
Как это заработало?
Труды многих великих учёных были заложены в создание элементов, способных преобразовывать излучение в электрический ток. Источником электричества солнечная энергия стала благодаря открытию французского физика Александра Эдмона Беккереля, который в 1839 году получил эффект преобразования солнечного света в электричество – явление фотогальванического эффекта. Именно он во время опыта обнаружил, что под воздействием излучения в растворе возникает электрическое напряжение.
Первые прототипы солнечных батарей были созданы итальянским фотохимиком Джакомо Луиджи Чамичаном. А уже в 1883 году американский учёный Чарльз Фритц изобрел полноценную солнечную батарею. Это была «настольная» электростанция, которая работала от маленькой селеновой пластинки и имела КПД 1,5%. Так появился первый в мире работающий фотоэлемент. Постепенно уровень эффективности КПД солнечных батарей увеличивался.
В 1958 году, солнечные батареи ушли в открытый космос для выработки электроэнергии на борту космического корабля. Там они и сегодня удачно справляются со своей работой.
В 1994 году в американской Национальной лаборатории возобновляемой энергии разработали первые солнечные батареи на редкоземельных элементах вместо кремния. Эти образцы уже имели КПД 30%. А спустя год, Томас Фалуджи запатентовал свое новое изобретение – интегрированные солнечные панели, которые устанавливали на крышах зданий, уличных фонарях и даже крепили к одежде.
В 2015 году промышленные пленки батарей были впервые напечатаны на 3D-принтере. Теперь усовершенствование современных солнечных батарей стремительно идёт вперед. Основной ориентир – тонкопленочные технологии. Панели третьего поколения не толще бумаги, печатаются на 3D-принтерах и уже сейчас достигают эффективности более 40%. Они станут доступными, экологически безопасными, универсальными и будут быстро изготавливаться целыми рулонами. Такие солнечные батареи со временем могут полностью заменить тяжелые и дорогостоящие кремниевые модули.
Сегодня производство солнечных батарей стало актуальным вопросом в улучшении экологии. Эти источники энергии охватывают широкий спектр многих областей (телекоммуникация, космическая отрасль, медицина, микроэлектроника). Солнечные батареи в виде больших массивов используются в различных спутниках и солнечных электростанциях.
Эволюция солнечных батарей проходит длинный путь, прежде чем стать бесплатной и доступной солнечной энергией для всех.
По информации https://scientificrussia.ru/articles/elektropotreblenie-ot-solnca
Обозрение "Terra & Comp".
