Стройка

Новости строительства и недвижимости

Історія сонячних батарей

Сонячні батареї не тільки забезпечують доступ до практично невичерпного джерела енергії, але і знижують викиди СО2 в атмосферу, позбавляючи від необхідності спалювати викопне паливо. Як з’явилися сонячні батареї, як вони працюю і яке майбутнє їх чекає.

Коротка історія

Перший крок у довгій історії сонячної енергетики був зроблений в 1839 році, коли французький фізик Олександр Едмон Беккерель відкрив фотоелектричний ефект. Більше ста років тому хімік Кельвін Фуллер, фізик Джеральд Пірсон і інженер Деріл Чапін, які працювали в компанії Bell Laboratories, побудували перший кремнієвий фотоелемент.

Ніхто з винахідників не думав про відмову від нафти або захисту навколишнього середовища: Чапін намагався створити джерела живлення для телефонів, встановлених у віддаленій місцевості, а Пірсон і Фуллер досліджували властивості напівпровідників.

Як працюють сонячні батареї?

Щоб зрозуміти принцип роботи фотоелементів, необхідно звернутися до будови атома кремнію. На його зовнішній електронній оболонці є вакантні місця для електронів, які атом намагається заповнити, утворюючи з іншими атомами кристалічну решітку. Чистий кристалічний кремній не може проводити струм, тому в сонячних панелях його змішують з фосфором, на зовнішній електронній оболонці якого є надлишковий електрон. Отриманий матеріал відомий як кремній n-типу.

Кремній n-типу розташовується на зовнішній поверхні сонячної панелі, в межах його змінює кремній р-типу. До його складу додані такі елементи як галій або бор, у яких на зовнішній електронній оболонці не вистачає електрона. Коли фотони сонячного світла збуджують надлишкові електрони в n-кремнії, ті прагнуть заповнити вакантні місця в p-кремнії. Рух заряджених частинок генерує електрику.

Сонячні батареї сьогодні

Протягом більшої частини XX століття фотоелементи планувалося використовувати для енергозабезпечення космічних апаратів, тому їх намагалися зробити якомога більш легкими. В наші дні сонячні батареї масово використовуються на Землі, тому вони повинні бути міцними і довговічними. Для цього шар кремнію накривають прозорим склом, пропускає ультрафіолет.

Іншою найважливішою характеристикою сонячних батарей стала їх ефективність — тобто кількість сонячного світла, що впав на квадратний метр фотопанелі і перетворений на електрику.

Близько десяти років тому ККД фотоелементів коливався близько 13%, однак до 2019 року він зріс до приблизно 20%.

Як збільшити межу ефективності кремнієвих панелей?

Фізична природа кремнію обмежує теоретично можливу ефективність сонячних панелей значенням у 29%. Але є способи подолати це обмеження. Наприклад, нещодавно дослідники з MIT довели, що максимальний ККД кремнієвих фотоелементів можна підвищити до 35%, доповнивши конструкцію тонкими шарами тетрамицена і оксинитрида гафнію. Вони дозволяють одному фотону вибивати відразу два електрона.

Інша можливість — використання нових матеріалів, наприклад, перовскитов. Всього за кілька років ефективність перовскитных сонячних елементів зросла з 10% до 20%. На жаль, поза лабораторії результати поки не такі вражаючі, оскільки перовскит швидко втрачає свої властивості під дією води та інших зовнішніх факторів.

Як інтегрувати енергію Сонця в енергосистему?

Головний недолік Сонця як джерела енергії — його мінливість. Вночі і в похмуру погоду фотоелементи стають марними. Природний вихід — об’єднання сонячних панелей з батареями для зберігання енергії. Крім того, використання сонячної енергії можна оптимізувати за допомогою систем розумного будинку. Вони можуть, наприклад, скористатися жарким днем, щоб включити кондиціонери і охолодити будинок до приходу господаря.

Джерело: hightech.plus

Автор публикации

Пользователи не найдены

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.