Солнечная энергия простыми словами⁠⁠

Привет👋Заваривай чай и устраивайся поудобнее — сегодня расскажу о том, как из энергии Солнца получается ток, как устроены солнечные батареи и какие у них есть виды. Также постараюсь ответить на вопрос почему человечество не торопится с переходом на такой экологичный (с первого взгляда) и простой способ получения энергии🔆 Приятного чтения🙂

Откуда она берется?

В результате термоядерных реакций происходящих на Солнце за день в виде солнечных лучей на нашу планету попадает большое количество энергии — примерно 164 ватта на квадратный метр. Иными словами, над каждым квадратным метром Земли можно повесить лампочку на 164 ватт и заставить ее светиться только за счет солнечной энергии 💡

Звучит многообещающе, но не все так просто! Дело в том, что солнечная энергия представляет собой комбинацию из видимого света, ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения (тепла) и других микроволн. Для преобразования в электричество в основном используется видимый свет, так как инфракрасное излучение не такое эффективное, а ультрафиолетовое по большей части поглощается озоновым слоем Земли, но даже достигнув солнечной панели оно не будет эффективно поглощаться.

Кремниевые пластины

Основа солнечной батареи — это две кремниевые пластины находящиеся друг под другом, покрытые сверху слоем стекла. Кремний является полупроводником, а это значит, что при определенных условиях он может как поглощать электроны, так и отдавать. При естественных условиях он это не делает. Поэтому на верхнюю кремниевую пластину наносят слой фосфора. При взаимодействии с ней у кремния появляются дополнительные электроны, которые он хочет отдать, то есть отрицательный заряд. В то же время, на нижнюю пластину наносят слой бора. В этом случае у кремния появляется нехватка в электронах, желание забрать их у кого-нибудь, то есть положительный заряд. Теперь у нас есть две пластины одна из которых хочет отдать свои электроны, а другая забрать –– что же дальше?

Луч света

Дальше луч света состоящий из фотонов попадает на нашу верхнюю пластину кремния и передает свою энергию, буквально выбивая из нее электроны, которые направляются прямиком к нижней панели, которая их уже ждет. После этого, мы видим обратный процесс –– атомы кремния, получившие электроны готовы отдать их обратно, а те, кто отдал теперь хотят восполнить пробел. Наша задача — дать им это сделать и замкнуть весь процесс в цепочку 🔗

Электрический ток получен! Чем больше света –– тем больше выбивается электронов и тем больше мы получаем тока. Это процесс называется фотоэффект.

Чтобы защитить пластины их покрывают слоем стекла, а также антибликовым покрытием, чтобы поглощение света происходило еще более эффективно. Одна солнечная ячейка вырабатывает очень мало электричества, буквально несколько ватт, поэтому из нескольких ячеек собирают модули, которые уже группируются в привычные нам солнечные панели

Как собрать полученный ток?

С помощью специальных медных каналов (из-за которых солнечные панели выглядят как сетка) ток из солнечных пластин выводится к потребителям либо накапливается в аккумуляторах. Чтобы попасть в общедоступные сети он должен предварительно побывать в инверторе и стать из постоянного переменным.

Виды кремниевых панелей

Кремниевые солнечные панели бывают моно- и поликристаллическими. Для изготовления солнечных элементов для монокристаллических солнечных батарей, кремний выращивают в виде брусков, которые затем нарезают на пластины. Называются они «монокристаллическим» – чтобы показать, что используемые солнечные элементы получены из одного кристалла кремния. У них высокий КПД –– в районе 25%, но они дороже в производстве. В основе поликристаллических пластин ячейки сделанные из сплавленных вместе фрагментов кремния. Они дешевле в производстве, но менее эффективны.

Новые виды солнечных панелей

Оба вида кремниевых панелей можно условно отнести к первому поколению солнечных панелей. Второе поколение представляет собой солнечные панели из аморфного кремния, кадмий-теллурий и других более легких и гибких материалов. Такие солнечные панели тонкие, их можно гнуть и прикреплять к одежде, но в эффективности они явно проигрывают классическим кремниевым. Хорошая новость в том, что сейчас активно разрабатываются новые виды панелей, которые будут сочетать в себе эффективность первого поколения и гибкость с легкостью второго. Ну что ж, будем ждать!

Вопросы к солнечной энергии

Пока что нам остается довольствоваться привычными кремниевыми солнечными панелями. Они намного экологичнее, чем привычные нам способы добычи энергии, но их основная проблема на сегодняшний день –– это эффективность и использование земли. Самые эффективные солнечные панели способны преобразовать только 25% света попадающего на них, но обычно эффективность на уровне 15%. На выработку также влияют и погодные условия, ведь чем меньше света, тем меньше и энергии 🌤 Помимо этого для размещения солнечной электростанции нужна большая площадь и правильно подобранная экспозиция для каждой солнечной панели, чтобы она получала по максимуму света. Если взять в пример атомную или угольную электростанцию, то на такой же площади она способна вырабатывать в сотни, если не в тысячи раз больше энергии.

Будущее солнечной энергии

Благодаря поддержке правительств разных стран, расширению и удешевлению производства солнечная энергия с момента открытия подешевела в 400 раз. Объем производства солнечной энергии растет в среднем на 20% в год и если так и будет продолжаться, то к 2031 году вырабатываемая мощность солнечной энергии будет больше совокупной мощности газа, угля и атомной энергии и гидроэнергетики. Осталось только решить вопрос с эффективность панелей🤔

Это очередной пост из моего канала, где я рассказываю про сложные и интересные вещи простыми словами. Буду рад твоей подписке)