Тема 4

 

Слънчеви колектори

 Електрическият ток, получен в полупроводника, се провежда през контактите в предната и задната част на батерията. В горната част, която трябва да пропуска светлината, са направени контакти от тънки метални ленти, разположени на сравнително голямо разстояние един от друг. Те захранват с ток по-голямата тоководеща шина. Батерията е покрита с тънък слой от диелектричен материал, който увеличава поглъщането на светлината от приемащата повърхност.

Когато върху слънчевата батерия попадне светлина, енергията на фотоните генерира двойки електрически носители, електрон и дупка, от двете страни на P-N прехода. Електроните дифундират в посока на по-ниско енергийно ниво, а дупките – в обратна посока. Докато светлината облъчва батерията, продължават да се формират нови двойки електрон-дупка. Натрупващите се електрони образуват отрицателен заряд в емитера (N-слоя), а дупките образуват съответстващ положителен заряд в базата (P-слоя). Ако двете части на прехода се свържат с проводник, ще се образува затворена електрическа верига и ще протече ток. Токът продължава да тече, докато слънчевата батерия е осветена.

 Слънчевата батерия, наричана също слънчев панел, слънчева клетка, слънчев елемент, фотоклетка, фотоелемент, фотоелектричен преобразувател, е полупроводниково устройство, което преобразува светлинната енергия в електрическа. Чрез слънчеви панели слънчевата енергия се преобразува в електрическа. Това един от най-екологичните начини за добиване на електроенергия.

Тя изпълнява две функции:

1. генерация на токоносители (електрони и електронни дупки) в светлинно-абсорбиращ материал под влияние на падащата върху него светлина;

2. разделяне на токоносителите (за предпочитане към проводящ контакт, който да проведе електрическите заряди). Това преобразуване се нарича вътрешен фотоелектричен ефект.

Фотоелементите от първо поколение се състоят от еднослоен силициев p-n диод (диод с P-N преход) с голяма площ, който при наличие на слънчева светлина е способен да генерира използваема електрическа енергия. Фотоелементите от второ поколение се основават на многослойни p-n диоди. Всеки слой е проектиран да абсорбира светлинни вълни с нарастваща дължина на вълната (намаляваща енергия). Така се поглъща по-голяма част от слънчевия спектър и се увеличава количеството на усвоената енергия.

Фотоелементите от 3-то поколение не използват традиционния p-n преход. Те включват батерии от органични полимери, фотоелектрохимични батерии и слънчеви батерии с полупроводников нанокристал.

Слънчевите батерии имат много приложения. Те са подходящи за случаите, когато няма на разположение електрическа енергия от мрежата, напр. в отдалечени географски райони, спътници на орбита около земята, калкулатори, радиотелефони и др. Слънчеви батерии под формата на слънчеви панели, монтирани на покривите на сградите, могат да бъдат свързани към електрическата мрежа посредством инвертор.