Принцип работы солнечной батареи

Популярность солнечных батарей среди собственников загородной недвижимости спровоцировала необычайный интерес пользователей к тому вопросу, а каким же образом функционирует это устройство и за счет чего оно позволяет добиться высокой эффективности.

Физический принцип работы солнечных панелей

Превращение энергии в ФЭП основывается на фотовольтаическом эффекте. Он образуется в полупроводниковых неоднородных структурах в результате влияния на них излучения Солнца. Что касается природы представленного явления, то она в первую очередь заключается в том, что неоднородность ФЭП достигается за счет легирования одного полупроводника разнообразными примесями (это процесс известен как «получение p - n-переходов») или за счет объединения разнообразных полупроводников с запрещённым участком энергии, где наблюдается обрыв электрона. Следует заметить, что возможны также всевозможные комбинации представленных методов.

Эффективность процесса превращения зависит исключительно от электрофизических параметров полупроводниковой неоднородной структуры и, конечно же, оптических качеств ФЭП. В этом вопросе отдельного внимания заслуживает фотопроводимость, определенная процедурами внутреннего фотоэффекта, наблюдающегося в полупроводниках в результате их облучения светом Солнца.

Принцип функционирования обыкновенной солнечной батареи принято объяснять на примере преобразователей, характеризующихся наличием «p-n- перехода», широко использующегося в сегодняшней космической и солнечной энергетике. Дырочно-электронный переход осуществляется за счет легирования пластинки, выполненной из полупроводникового монокристаллического материала, специальной примесью, гарантирующей формирование поверхностного слоя с противоположной проводимостью. Следует заметить, что в этом слое концентрация примеси должна быть гораздо больше, чем концентрация в основном (изначальном монокристалле). Это предоставит возможность нейтрализовать находящиеся там свободные носители и сформировать проводимость противоположных знаков. Кроме того, на границе p- и n- слоёв в итоге перехода зарядов формируются обеднённые зоны, отличающиеся объёмным нескомпенсированным позитивным зарядом. Эти участки в сочетании и создают p-n-переход. В дальнейшем потенциальный барьер, образовавшийся на переходе, и являющийся контактной разностью потенциалов, станет препятствовать продвижению главных носителей заряда, другими словами, электронов от p-слоя, однако будет пропускать неосновные носители. Эта характеристика p-n-переходов и определит возможность получения электрической энергии из солнечного излучения.

Особенности получения электрической энергии на p-n-переходе

Сформированные светом в каждом слое солнечного преобразователя неравновесные носители делятся на p-n-переходе: второстепенные носители (другими словами, электроны) с легкостью движутся через переход, а главные - задерживаются. Соответственно, под влиянием солнечного света сквозь p-n-переход в любом направлении будет идти ток, что и требуется для нормального функционирования ФЭП. Стоит обратить внимание на то, что если замкнуть цепь, то из n-слоя электроны, выполнив работу на нагрузке, начнут возвращаться в p-слоя, где будет происходить рекомбинирование (объединение) с дырками, перемещающимися внутри ФЭП в другом направлении. Во внешней цепи для отвода и накопления электронов содержится специальная контактная система, которая и обеспечивает непрерывность процессу получения электрической энергии.