Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую

Преобразование солнечной энергии в электрическую может происходить посредством солнечных коллекторов, обеспечивающих получение тепловой энергии с последующим ее преобразованием в электрическую, или непосредственным ее преобразованием с помощью специальных приборов. Работа таких приборов основана на использовании физического явления, получившего название фотоэффекта.

Рассмотрим структуру солнечного элемента с p-n переходом. Она включает в себя (рисунок 6.6): слой полупроводника с n-проводимостью и слой полупроводника с p-проводимостью. На границе разделов двух полупроводников образуется р-п переход.

Рисунок 6.6. Структура солнечного элемента.

При освещении р-n перехода солнечным светом, фотоны света проникают через полупрозрачный слой р-полупроводника в р-n переход и ионизируют атомы кремния (Si) 1, создавая при этом новые пары носителей заряда – "дырки" (р) 2 и электроны (n) 3. Образовавшиеся, в зоне р-n перехода, электроны 3 под воздействием потенциального поля Е_з переносятся в область n-полупроводника, а "дырки", соответственно, в область p-полупроводника. Это приводит к образованию избытка "дырок" в слое р и электронов в слое n. Разность потенциалов между слоями n и р вызывает прохождение по внешней цепи R_н фототока I_ф, обусловленного движением электронов из области n–полупроводника в по внешней цепи в область p-полупроводника.

Работа солнечных элементов характеризуется коэффициентом преобразования. Он представляет собой отношение плотности потока излучения, падающего на элемент, к максимальной электрической мощности вырабатываемой им. Кремниевые солнечные элементы имеют коэффициент преобразования равный 10-15 %.

Последовательно соединенные солнечные элементы представляют собой солнечный модуль. Такое соединение позволяет повысить величину вырабатываемого модулем напряжения. Для повышения мощности электрического тока солнечные модули в свою очередь соединяют параллельно в солнечные батареи.

В 1992 году на двух заводах объединения "Интеграл" в Минске освоено массовое производство солнечных элементов по технологии, разработанной в соответствии с программой "Экологически чистая энергетика" во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии. Производственные мощности этих заводов позволяют выпускать ежегодно 1-2 МВт солнечных элементов и модулей без перестройки основного производства.