Из всех использующих Солнце технологий фотоэлектрическая энергетика имеет наиболее впечатляющие перспективы. Фотоэлектрические установки не содержат движущихся частей, надежны, имеют сравнительно простое устройство, практически не требуют ухода и бережно относятся к окружающей среде. К тому же, они используют энергию Солнца напрямую и начинают работу сразу, как только на них упадут лучи света. Разумеется, у технологии есть и очевидные недостатки: рассеянность света, нерегулярность его поступления, зависящая от климатических условий, времени суток и сезона.

Принцип действия

Фотоэлектрические энергетические установки представляют собой солнечные батареи, преобразующие солнечный свет в электрический ток. Они обычно изготовляются в виде тонких кремниевых пластин прямоугольной или круговой формы размером 5-10 сантиметров.

Принцип работы солнечных батарей основан на фотогальваническом эффекте. Попадая на поверхность полупроводника, фотоны солнечного света вырывают электроны из его атомов. Под влиянием специального химического вещества, добавляемого в структуру материала, освобожденные электроны перемещаются в определенном направлении, в результате чего образуется электрический ток. Благодаря фотогальваническому эффекту типичная четырехдюймовая солнечная батарея производит около ватта электричества.

Технология производства

Процесс производства батарей состоит из нескольких этапов. Сначала кремний тщательно очищают от примесей и расплавляют. Затем из расплава получают твердый монолитный цилиндр, называемый болванкой. От цилиндра отрезаются тончайшие пластины, и после надлежащей химической обработки они формируют фотоэлектрические ячейки, которые часто принято называть солнечными батареями. Новейшие методы производства позволяют вместо цилиндрической болванки в качестве заготовки использовать кремниевые ленты, блоки или пленки. Для очистки кремния, большей частью, все еще применяется несовершенная, разработанная три десятилетия назад хлорисановая технология производства, в числе прочих недостатков которой ? высокая экологическая опасность.

Для большей эффективности и практичности множество ячеек параллельно или последовательно соединяют в стеклянный корпус ? модуль. Множество модулей, в свою очередь, образует массив. Добавлением массивов можно получить столько энергии, сколько необходимо. Например, Экспериментальный фотоэлектрический дом в Центре солнечной энергии (США, Флорида) имеет крышу площадью более 200 кв. метров, которая целиком покрыта солнечными батареями, вместе производящими около 800 киловатт часов в месяц. Получаемая от Солнца энергия обеспечивает 75% всех потребностей здания. Самый крупный в мире комплекс солнечных электростанций в Калифорнии, используя модульные параболические концентраторы, производит более 350 мегаватт электричества, которых достаточно для удовлетворения энергетических запросов 350 тыс. человек.

Коммерческое применение

Единственное, что мешает широкому распространению солнечных батарей ? их стоимость. Впрочем, сейчас цены на них заметно снижаются. Первые фотоэлектрические элементы были применены NASA для обеспечения питанием орбитальных спутников. Тогда стоимость каждого получаемого от Солнца ватта составляла более 1000 долларов. В наши дни доступны установки с ценой от 4 до 10 долларов за ватт.

Цена солнечных батарей во многом складывается из стоимости материала. Кремний ? второй по распространенности элемент на Земле, но для использования в промышленности необходимо провести его тщательную очистку от всевозможных примесей, а это весьма дорогостоящий процесс. К тому же, в изготовлении фотоэлементов все еще присутствует немалая доля ручного труда, несмотря на предпринимаемые попытки автоматизации производства.

На данный момент предлагаются готовые решения для обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, за 10 тыс. долларов можно оборудовать свой дом массивом из 8 панелей с мощностью 1 киловатт, вполне достаточной для комфортной жизни. Время службы такой системы ? более 20 лет, что позволяет окупить ее стоимость уже за первую половину жизненного цикла.