 |
Как утверждают ученые, в ближайшие 5 миллиардов лет наше солнце будет светиться и поэтому можно считать, что солнечная энергия бесконечна. Казалось бы, достаточно установить массив солнечных панелей необходимой мощности и можно в дальнейшем получать эту нескончаемую энергию. Но, к сожалению, солнечные панели не могут вырабатывать электричество постоянно и стабильно.
Солнечные панели называются «солнечными» потому, что работают по принципу «один электрон в обмен на один фотон». Другими словами, для того чтобы панель работала она должна освещаться. Максимальную же мощность она вырабатывает тогда, когда освещается прямыми солнечными лучами.
Бывают ситуации, когда несколько дней стоит пасмурная погода. В это время солнечные панели едва ли будут вырабатывать 10-15% своей мощности. Так же они не работают ночью. Возникает закономерный вопрос: каким образом запасать солнечную энергию впрок и эффективно её использовать ?
| Cолнечный нагреватель воды пассивного типа на крыше частного дома |
 |
Солнечные водонагреватели уже давно стали символом достатка, благополучия и современного образа жизни не только в Европе, но и в Америке, Японии и других высокоразвитых странах.
Производство установок для получения тепла от энергии солнца за последнее время возрасло в мире в несколько раз. На сегодняшний день вводится в эксплуатацию более 3 млн. установок в год, и эта статистика получена не только за счет стран с теплым климатом. Свою эффективность вакуумные солнечные коллекторы доказали даже в климатических условиях Аляски.
Высокие темпы развития этого вида энергии стали возможны благодаря разработке солнечных нагревателей воды на тепловых вакуумных трубках, способных эффективно работать при низких температурах (-30°С и даже -40°С). Помимо этого своё влияние оказали повышение цен на энергоносители и снижение стоимости оборудования, благодаря переносу производства ведущих мировых производителей в страны Азиатско-тихоокеанского региона.
Солнечная батарея или солнечная панель — это устройство, состоящее из группы фотоэлементов, соединённых между собой и выполненных в одном корпусе. Преобразованная солнечная энергия поступает на выход батареи в виде постоянного электрического тока. Ввиду того, что одна солнечная панель может производить ограниченное количество электрической энергии, часто используются системы, состоящие из нескольких панелей (модулей).
| Фотоэлементы солнечной панели |
 |
Большую часть фотоэлементов солнечных батарей, независимо от материала изготовления, можно разделить на два типа:
Фотоэлементы на поликристаллических полупроводниках обладают более простым техпроцессом при производстве. Ячейки солнечных панелей, изготовленные таким образом, имеют ярко синюю окраску и своеобразный узор;
Устройства из монокристаллических материалов как правило имеют немного более высокий КПД при тех же размерах по сравнению с поликристаллическими. Так же они имеют более тёмную окраску.
Нынешний уровень технологий производства позволяет получать фотоэлементы обоих типов с сопоставимым сроком службы > 20 лет.
Даже по прошествии десятилетий фотоэлементы солнечной панели продолжают вырабатывать электричество. С течением времени лишь уменьшается их КПД (через 10 лет примерно на 10%, через 25 лет на 20%, и т.д.).
| Устройство вакуумной трубки коллектора солнечного водонагревателя |
 |
Конструкция вакуумных трубок
Вакуумные трубки, собирающие энергию солнца и преобразующие её в тепло, являются основой солнечных нагревателей воды. Можно выделить два типа конструкций трубок: с сердечником и без.
Вакуумная трубка без сердечника соединяется напрямую с водяным баком и заполнена жидкостью. При нагреве происходит постоянное перемешивание воды — холодная из бака опускается в трубку, а горячая поднимается в бак.
Сердечник ваккумной трубки второго типа прядставляет собой так называемую «тепловую трубку» с очень высокой теплопроводностью. Энергия, полученная от солнца, почти мгновенно передаётся по сердечнику в теплообменник солнечного коллектора.
Основа вакуумной трубки солнечного нагревателя воды — колба из особого стекла с двумя стенками, между которыми находится вакуум. На внутреннюю стенку нанесено теплопоглощающее покрытие. За счёт вакуума тепло попадает в колбу и не выходит наружу.
| Александр Эдмонд Беккерель |
 |
Несколько исторических фактов
В 1839 г. известным французским физиком Александром Эдмондом Беккерелем был открыт фотогальванический эффект. В тот период никто и не предполагал, что история готовила этому открытию.
В 1883 г. Чарльз Фритте сконструировал первый солнечный модуль на основе селена. КПД этого модуля составлял не более 1%. Но это было только начало.
Есть интересный факт: известный физик Альберт Эйнштейн получил в 1921 г. Нобелевскую премию не за свою теорию относительности, а за изучение особенностей внешнего фотоэффекта.
Развитие солнечной энергетики в наши дни
Сегодня мы даже представить не можем, на каком этапе развития была бы например космическая отрасль без применения солнечных батарей. В 70-х годах прошлого века, на пике развития космоса, КПД солнечных панелей уже достигал примерно 10%. Это позволяло использовать энергию солнца для электропитания спутников и орбитальных станций. Но использовать такие солнечные батареи кроме как в космосе не имело смысла из-за их дороговизны.