Принцип роботи

Найбільш ефективними з енергетичної точки зору пристроями для перетворення сонячної енергії в електричну є напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі (ФЕП), оскільки дозволяють здійснити прямий, одноступінчатий перехід енергії. Перетворення енергії в ФЕП засновано на фотовольтаїчному ефекті, який виникає в неоднорідних напівпровідникових структурах при впливі на них сонячного випромінювання. Фотовольтаїчний ефект (Перетворення енергії світла в електроенергію) був відкритий в 1839 році молодим французьким фізиком Едмондом Беккерелем. Одного разу 19-річни й Едмонд, проводячи досліди з маленькою електролітичної батареєю з двома електродами виявив, що на світлі деякі матеріали виробляють електричний струм. Чому це відбувається? Справа в тому, що сонячне світло несе певну енергію. Різним довжинах хвиль світла, які сприймалися нами як різні кольори (червоний, синій, жовтий і т.д.) відповідають свої рівні енергії. Потрапляючи на сприймає напівпровідниковий шар, світло передає свою енергію електрону, який зривається зі своєї орбіти в атомі. А потік електронів і є електричний струм. Але до створення першої сонячної батареї пройшло ще понад сорок років: в 1883 р. Чарльз Фрітц покрив кремнієвий напівпровідник дуже тонким шаром золота і отримав сонячну батарею, ККД якої склав не більше 1%. Аналогічні сучасним фотовольтаїчні елементи були запатентовані як В«світлочутливі елементи В»в 1946 р. компанією Russell Ohl. Перший штучний супутник з застосуванням фотовольтаїчних елементів був запущений СРСР в 1957 р., а в 1958 р. США здійснили запуск супутника Explorer 1 з сонячними панелями. Ці два події показали, що сонячні панелі можуть служити єдиним і достатнім джерелом енергопостачання геостаціонарних супутників, що підтвердило компетентність сонячних батарей. Це був важливий момент у розвитку даної технології, так як в результаті успішних запусків кілька урядів інвестували колосальний обсяг коштів у її розробку. Починаючи з 2000 р. в арифметичній прогресії зростала ефективність вироблених кремнієвих моно-і полікристалічних фотоелектричних елементів, досягнувши до 2007 року максимальних значень 19%. Інші ж технології через меншу ефективності виявилися обділені увагою розробників до недавнього часу. У цілому гонитва за ефективністю та створення дорогих сонячних елементів виправдовували себе тільки для використання в космосі, де важливий кожен грам і квадратний сантиметр. Для практичного використання сонячних панелей на Землі були потрібні порівняно недорогі і якісні елементи, придатні для масового виробництва та застосування. Саме такими і стали кремнієві сонячні панелі. У Нині лідером є моно-і полікристалічний кремній - 87% світового ринку. Аморфний кремній становить 5% ринку, а тонкопленочні кадмій-телурової елементи - 4,7%. Основним матеріалом для виробництва сонячних фотоелектричних панелей залишається кремній. Причиною є його повсюдна доступність. Чималу роль відіграє і розробленість технології, оскільки кремній дуже широко використовується в різних видах електроніки. Основою для сонячних панелей є тонкі зрізи кремнієвих кристалів. Чим тонше шар - Тим менша собівартість. Паралельно підвищується ефективність. У 2003 році в середньому в індустрії фотовольтаїки товщина шару в найбільш якісних елементах становила 0,32 мм, а до 2008 року зменшилася до 0,17 мм. А ефективність підвищилася з 14% до 16%. У цьому році планується досягти показників 0,15 мм при ефективності 16,5%. [7]