Что такое солнечная батарея и как она работает?
Солнечная батарея — это устройство, которое представляет собой фотоэлектрический полупроводниковый генератор. Ее основная задача — преобразовывать энергию солнечного света в электрический ток. Этот процесс основан на явлении внутреннего фотоэффекта, происходящем в полупроводниках. История создания первой солнечной батареи началась в 1953 году в США благодаря работе инженеров К. Фуллера, Г. Пирсона и Д. Чапина. В Советском Союзе и России аналогичные разработки вели ученые Н. С. Лидоренко, В. С. Вавилов и В. К. Субашиев. Наиболее эффективным материалом для производства солнечных элементов сегодня является кремний с особой электронно-дырочной структурой, который обеспечивает наивысший коэффициент полезного действия (КПД). Энергоэффективность всей батареи зависит от ее конструкции, количества и типа используемых солнечных элементов, а также от свойств полупроводникового материала.
Конструкция, преимущества и недостатки
С технической точки зрения, солнечная батарея — это плоская панель, собранная из множества фотоэлементов и защищенная прозрачным покрытием. Размеры таких панелей могут быть весьма значительными — до нескольких десятков квадратных метров, а количество элементов в них — достигать сотен. Мощные солнечные батареи способны генерировать ток в сотни ампер (А), напряжение в десятки вольт (В) и выдавать мощность до нескольких десятков киловатт (кВт). Ключевыми преимуществами этой технологии являются экологическая чистота (отсутствие вредных выбросов в процессе работы), компактность, малый вес, а также высокая надежность и простота в эксплуатации. Однако широкому распространению солнечной энергетики на Земле мешает один существенный фактор — высокая стоимость производства фотоэлементов. Именно поэтому на сегодняшний день солнечные батареи наиболее востребованы в космической отрасли, где их эффективность и автономность превосходят другие источники энергии.
Области применения
В космосе солнечные батареи являются основным источником энергии. Они обеспечивают электричеством системы жизнеобеспечения, научное оборудование и бортовую аппаратуру космических кораблей, орбитальных станций и спутников. Кроме того, они используются для зарядки резервных аккумуляторов, когда аппарат находится в тени Земли. На нашей планете сфера применения солнечных батарей также постоянно расширяется. Они питают автоматику радиостанций и радиоприемников, используются для катодной защиты от коррозии магистральных нефте- и газопроводов, подзаряжают буферные аккумуляторы в различных системах. Особенно важную роль они играют в обеспечении энергией удаленных и автономных объектов, таких как маяки и навигационные устройства. Подобные энергонезависимые маяки, работающие на солнечных батареях, уже успешно эксплуатируются в России, Японии и США.