Как работает солнечная батарея — Журнал lavarden.ru
Войти
Пятница, 23 октября 2026
Как устроены вещи Электричество

Как работает солнечная батарея

Кремний, электрическое поле внутри пластины и почему КПД панели — около 20%

Объяснение Проверено 21 октября 2026 1 мин чтения Обсудить
Коротко

Солнечная батарея состоит из фотоэлементов — тонких пластин полупроводника, чаще всего кремния. Свет передаёт энергию электронам, а электрическое поле внутри пластины направляет их в одну сторону, и во внешней цепи течёт постоянный ток. Инвертор превращает его в переменный, как в розетке. Серийные панели превращают в электричество около 20–22% солнечного света, лучшие лабораторные кремниевые элементы — больше 27%.

Из чего состоит

Солнечная батарея — это панель (модуль), собранная из множества фотоэлементов. Фотоэлемент — тонкая пластина полупроводника. Около 95% панелей на рынке сделаны из кремния — моно- или поликристаллического[1].

На лицевой стороне элемента видна сетка тонких металлических полосок — это контакты, по которым ток выходит из элемента.

Чёрно-белое фото: рука держит прозрачную пластину с несколькими круглыми солнечными элементами и проводами
Ранний солнечный модуль, 1954Викисклад · Общественное достояние

Как свет становится током

  1. Свет поглощается. Полупроводник поглощает солнечный свет и передаёт его энергию электронам.
  2. Заряды разделяются. Пластину кремния обрабатывают с двух сторон так, что получается диод, а внутри элемента возникает электрическое поле[2]. Оно подталкивает освобождённые заряды: электроны — в одну сторону, недостающие электроны («дырки») — в другую.
  3. Течёт ток. Разделённые заряды выходят через металлические контакты, и во внешней цепи течёт постоянный ток.
  4. Инвертор. Дома и в сети нужен переменный ток, поэтому постоянный ток от панелей превращает в него инвертор.
Похоже на светодиод наоборот

Светодиод — тоже полупроводниковый диод: он превращает ток в свет. Фотоэлемент делает обратное — превращает свет в ток.

Сколько энергии он даёт

Показатель Значение
Теоретический предел для кремниевого элемента около 32%
Лучшие кремниевые элементы в лаборатории больше 27%
Серийные панели около 20–22%

Теоретический предел и КПД серийных панелей — по данным Министерства энергетики США[3]. Остальная энергия света теряется: часть отражается, часть не поглощается, часть уходит в нагрев пластины.

Как делают кремниевые элементы

Кремний солнечного качества расплавляют и вытягивают из расплава цилиндрический слиток-монокристалл. Остывший слиток режут алмазной проволокой на тонкие пластины, а из пластин делают элементы.

Срок службы

Кремниевые панели служат 25 лет и дольше и теряют меньше 1% мощности в год.

Как получают электричество химическим путём, рассказывает статья о батарейке.

энергияполупроводникивозобновляемая энергетика

Частые вопросы

Почему КПД солнечной панели всего около 20%?

Часть света проходит мимо или отражается, часть энергии теряется на нагрев. Даже теоретический предел для кремниевого элемента — около 32%. Серийные панели дают 20–22%, лучшие лабораторные элементы — больше 27%.

Сколько служит солнечная панель?

По данным Министерства энергетики США, кремниевые панели служат 25 лет и дольше, теряя меньше 1% мощности в год.

Работает ли панель в пасмурную погоду?

Да, но слабее: электричество даёт и рассеянный свет, однако чем меньше света падает на панель, тем меньше ток.

Источники

  1. U.S. Department of Energy. PV Cells 101: A Primer on the Solar Photovoltaic Cell, energy.gov, 2019. www.energy.gov
  2. U.S. Department of Energy. How Does Solar Work?, energy.gov. www.energy.gov
  3. U.S. Department of Energy. Crystalline Silicon Photovoltaics Research, energy.gov. www.energy.gov

Обсуждение

Комментариев пока нет — начните обсуждение первым.