Преобразование солнечного света непосредственно в электричество - фотоэлектрический эффект был впервые экспериментально доказан французским физиком Эдмондом Беккерелем. В 1839 году 19-летний мальчик поместил хлорид серебра в кислый раствор в лаборатории своего отца и зажег его, пока подключались платиновые электроды, генерируя напряжение и ток.
С селеном и золотом в электричество
Основываясь на эффекте Беккереля, Чарльз Фритц разработал первый солнечный элемент 45 лет спустя. Он состоял из слоя селена, покрытого тонким слоем золота. Он имел эффективность не менее 1%. Поэтому долгое время это явление использовалось только в фотодиодах.
Знание - конкурентное преимущество
Будьте в курсе: с нашим информационным бюллетенем редакторы практики строительства информируют вас каждый вторник и пятницу о темах, новостях и тенденциях в отрасли.
Подпишись сейчас!
Сначала они работали в детекторах дыма, экспонометрах или инфракрасных приемниках, пока в 1958 году в космос не был запущен более крупный спутник Vanguard 1. На борту солнечного элемента было достаточно энергии на семь лет для отправки данных на Землю.
Основной источник энергии в космосе
В 1960-х годах произошли постепенные улучшения. До сих пор космические путешествия были единственной отраслью, которая извлекала выгоду из лучших и, следовательно, дорогих камер и была готова заплатить за это много денег. Не было причин вкладывать деньги в более дешевые и менее эффективные решения.
Лишь после перехода от электронных ламп к интегральным схемам в 1960-х годах, благодаря полупроводниковой промышленности, стали доступны более крупные кристаллические слитки по более низким ценам. Когда их цена упала, цена солнечных батарей, изготовленных из них, также упала. Это уменьшило затраты на ячейки с 1971 года до 100 долларов за ватт
Технология кратко объяснила
Разработка катушки Тесла
Цены падают и падают
С 1977 года цена за ватт упала с 76 до 0,30 долл. США в 2015 году. Сегодня солнечные элементы являются основным источником энергии для спутников и зондов, поскольку они предлагают наилучшее соотношение энергии и веса. Фотогальваника быстро растет в Азии, причем Китай и Япония в настоящее время составляют половину ее использования во всем мире. Установленная в мире мощность достигла около 301 ГВт в 2016 году и выросла до 1,3% от общего объема поставок электроэнергии к 2016 году.
Эффективность также возрастает: исследователи Fraunhofer ISE достигли эффективности 46% - это означает, что солнечные элементы теперь более эффективны, чем растения.
Как работают солнечные батареи?
Фотоны солнечного света попадают на солнечную панель и поглощаются полупроводниковыми материалами. Электроны возбуждаются. Будучи возбужденным, электрон может либо рассеять энергию в виде тепла и вернуться на свою атомную орбиту, либо пройти через фотоэлемент, пока не достигнет электрода. Затем ток течет через материал.
Химические связи материала имеют решающее значение для функционирования этого процесса, и кремний обычно используется в два слоя, один из которых легирован бором, а другой фосфором. Эти слои имеют различные химические электрические заряды и затем управляют током.
Солнечные элементы, соединенные последовательно, преобразуют солнечную энергию в полезное количество постоянного тока, которое затем преобразует инвертор в переменный ток.