Солнечная батарея состоит из отдельных элементов, соединенных последовательно-параллельно (рис. 1.3, 1.4).

Элементы применяются в портативных устройствах радиоэлект­ронной техники, для миниатюрных светильников (на светодиодах) и зарядных устройств сотовых телефонов.

Прототипом современных солнечных элементов являют фотоум­ножители (ФЭУ).

Фотоумножители

Фотоумножители, обладающие высоким усилением и быстро­действием, получили широкое распространение в дозиметрических приборах, использующих сцинтилляторы — вещества, реагирующие на проникающую в них ионизирующую частицу вспышкой света.

Параметры некоторых фотоумножителей отечественного произ­водства приведены в табл 1.3.

Процесс преобразования световой (photons) энергии в электри­ческую (voltage) называется PV-эффект. Он был открыт в 1954 году, когда ученые обнаружили, что кремний (этот элемент — ос­нова обыкновенного песка) создает электрическую энергию, когда его освещают солнечным светом. Вскоре солнечные элементы стали применять для питания электронной аппаратуры космических спут­ников и небольших электронных устройств таких, как калькуляторы и наручные часы.

Когда аккумулятор для зарядки подсоединяется к солнечной па­нели, обычно в цепь необходимо включать контроллер для предуп­реждения перезаряда. Эта схема использует параллельный способ подключения. При этом способе солнечная панель всегда подклю­чена к аккумулятору через последовательный диод. Когда солнечная панель заряжает аккумулятор до желаемого максимального напря­жения, схема параллельно солнечной панели подключает нагрузоч­ный резистор, чтобы поглощать избыточную мощность с солнечной панели.

Функция полезной мощности, отдаваемой солнечной батареей в нагрузку, зависит от вырабатываемого напряжения, которое в свою очередь зависит от инсоляции — то есть от интенсивности солнеч­ного света — и температуры самой батареи. Работа На кривой зави­симости ток/напряжение где-либо еще кроме точки максимальной получаемой мощности, приводит к снижению эффективности ра­боты и потере доступной энергии. Следовательно, контроль точки максимальной мощности является необходимой функцией в передо­вых системах управления источниками солнечной энергии, так как это может увеличить практическую эффективность часто на 30 % и более.

Системы, получающие энергию от возобновляемых источников, таких как солнечные батареи или ветровые генераторы, обычно на­капливают энергию в аккумуляторах, а затем отдают ее в нагрузку. Часто, оба этих процесса происходят независимо. Периодическое вычисление оставшегося заряда аккумулятора гарантирует хорошую и продолжительную его работу, то же относится и к контролю тока, отдаваемого аккумулятором в нагрузку. Текущий заряд батареи вы­числяется исходя из ее ранее вычисленного заряда, плюс получен­ная энергия при заряде или минус энергия, отданная в нагрузку.

Фотоэлектрический преобразователь

ФЭП применяются в условиях хорошей освещенности.

Различают несколько типов солнечных кремневых батарей; самый эффективный тип (ФЭП) изготавливают из монокристаллического кремния. КПД таких (ФЭП) доходит до 24%.

Распространенные ФЭП на основе монокристаллов имеют эф­фективность до 17,5%. Срок эксплуатации практически неограничен, помимо незначительного потемнения технологического полимера, одновременно являющегося герметиком для фотопластин; исходя из этого срок эксплуатации может достигать четверти века.

Времена, когда солнечные панели были очень громоздкими, хруп­кими и нежными, постепенно уходят в прошлое и производители предлагают все более экстремальные варианты этих экологических источников энергии.

ФЭП из поликристаллического кремния имеют максимальный КПД до 15%, срок эксплуатации Приближенный к сроку эксплуа­тации монокристаллического кремния. Себестоимость поликристал­лического кремния незначительно ниже монокристаллического.