Сонце, як джерело електричної енергії

З давнини людство поклонялось Сонцю. Його вважали за бога, а світло та тепло дарами з гори. І завжди намагались найефективніше використати його енергію.

Сонячна енергетика популяризується з кожним роком та вважається одним з перспективних напрямів отримання електроенергії. 

Залежно від способу отримання або перетворення енергії сонця в електричну чи теплову, сонячні системи поділяють на активні та пасивні.

В активних енергосистемах сонячна енергія сприймається, накопичується і транспортується в спеціальних пристроях, наприклад, вентилятор циркулює нагріте повітря безпосередньо в приміщення для обігріву. 

В пасивних системах об’єкт що нагрівається сам по собі є приймачем, наприклад дах будівлі, вікна, стіни та інше, тобто де не потрібно використовувати додаткове обладнання типу вентиляторів, рециркуляційних наносів та іншого.

Зараз можна виділити два напрями практичного використання енергії сонця. 

Один з них це перетворення в теплову енергію як-то опалення, підігрів води або технологічні процеси. 

Другий напрям – перетворення на електричну енергію в якому використовують два розповсюджені методи фотоелектричний та термодинамічний. 

У термодинамічному методі перетворення сконцентрована сонячна енергія створює пару, яка виробляє електроенергію обертаючи турбогенератор.

Фотоелектричний метод перетворює в електроенергію постійного струму електромагнітне випромінювання оптичного діапазону Сонця.

Найбільш поширеним  методом отримання електроенергії,  наразі є фотоелектронний метод прямого перетворення,  який використовує фотоелектричні перетворювачі, які ще називають сонячними елементами, фотоелектричними панелями або «сонячними батареями».

Найбільш поширеними й найстарішими фотоелектричними системами у світі залишаються системи на основі кристалічного кремнію в яких елементи на основі кристалічного кремнію високої чистоти зібрані в модулі та електрично з’єднані. 

У 1880-х роках американський винахідник Чарльз Фріттс сконструював перший сонячний елемент.

А у 1941 році американський вчений Рассел Ол , відомий за патентування сучасного сонячного фотоелемента, розробив кремнієві елементи зі з’єднанням P/N. 

У  1958 році сонячні елементи було використано як резервне джерело живлення для супутника Vanguard I.  

А у 70-х роках 20- го сторіччя використовували настільні калькулятори з живленням від фотоелементів. 

Технології постійно розвиваються та удосконалюються, коефіцієнт корисної дії збільшується і ціна генерованої енергії зменшується.

Фотоелектричні панелі, як альтернативне джерело електричної енергії. 

Постійні перебої з постачанням електроенергії в Україні, останнім часом, спонукають на пошук альтернативного джерела електричної енергії. Одним з таких джерел можна обрати фотоелектричні панелі.

Сучасні сонячні елементи мають великий майже необмежений термін служби, в них відсутні рухомі частини які можуть зношуватись, а також вони можуть використовуватись у дуже широкому інтервалі потужностей: від живлення калькулятора потужністю кілька ват до електростанцій в сотні мегават. 

Важливо розуміти переваги та недоліки різних технологій.

При виборі сонячних елементів важливо розуміти переваги та недоліки різних технологій їх виготовлення та враховувати  коефіцієнт корисної дії (ККД) панелі. 

ККД визначає кількість електроенергії, яку можна отримати з певної площі. 

Через те, що площа для встановлення фотоелектричних перетворювачів буває обмеженою, треба починати вибір з пропозицій, що мають найвищу ефективність.

До таких належать монокристалічні сонячні панелі, які мають темно-синій або чорний колір фотоелементів. Їх виробляються з цільного кристала кремнію. Вони мають у розповсюдженому варіанті ККД 14-23,5% та термін їх використання до 50 років.

Але слід врахувати, що такі панелі найдорожчі на ринку України та чутливі до тіней й забруднення. 

Полікристалічні сонячні панелі ще один з розповсюджених типів сонячних панелей. Визначити їх можна за яскравим синім кольором. Вони виготовляються з полікремнію - це дрібнозернистий кристалічний кремнієвий (продукт високої чистоти), завдяки чому знижується вартість. Також вони працюють у ширшому діапазоні освітленості. 

Проте такі панелі мають вже нижчий ККД, зазвичай до 18%,  чутливі до кута падіння сонця й тіні,  та обмежений термін служби (до 10 років). 

Ще існує система з використанням тонкоплівкової технології, в якій тонкий шар напівпровідникового матеріалу наносять на скло, метал чи полімер.

Такі панелі мають низьку ціну, працюють в тіні та при невигідних кутах падіння сонця і відбитим світлом.

Тонкоплівкові сонячні панелі з використанням кремнію мають показник ККД на рівні 8-12%.  Якщо використовується аморфний кремній, тоді коефіцієнт корисної дії становить лише 6-8%.

Сонячні панелі на основі CdTe (телуриду кадмію) надають змогу отримати показник ККД на рівні 8-10,5%, а використання напівпровідників на основі міді, індію, галію та селену дозволило підняти ККД до 15% та створювати сонячні панелі на основі CIGS. 

Також не слід забувати, що для системи отримання електроенергії з використанням фотоелектричних панелей необхідне ще враховувати інвертор, акумуляторні батареї для накопичення електроенергії, спеціальні кабелі та різну фурнітуру.

І не забувайте враховувати кліматичні умови вашого регіону та пам’ятайте що спека може погано впливати на сонячні панелі, але ця проблема вирішується.