Солнечная батарея состоит из отдельных элементов, соединенных последовательно-параллельно.
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.
Процесс преобразования световой (photons) энергии в электрическую (voltage) называется PV-эффект. Он был открыт в 1954 году, когда ученые обнаружили, 4to 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 йа 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.
Электронные устройства для дома и
Электронных устройств на основе фотоэлементов очень много. Причем миниатюрные фотоэлементы, такие, как имеют малую мощность и, соответственно, малую стоимость. Однако, в радиолюбительских разработках уместно применять эти недорогие фотоэлементы и даже составлять из них солнечные батареи небольшой мощности.