г лава 1 • . -. > •

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Добро пожаловать в мир фотоэлектричества, в мир электроэнергии, получаемой от солнца. Если читатель до сих пор не был знаком с фотоэлектричеством, то он получит истинное удовольствие и будет вознагражден за это знакомство.

Эта книга посвящена исключительно использованию и приложениям кремниевых солнечных элементов. Независимо от того, где будет применено устройство, солнечные элементы являются его составной частью и интересны сами по себе. Таким образом, важно понять их природу и научиться ими пользоваться.

В данной главе нет ничего сложного. Мы только собираемся поговорить о «винтиках и гаечках». Теория солнечного элемента будет рассмотрена в последней главе.

Основные принципы работы

Принцип работы солнечного элемента достаточно прост и заключается в следующем.

При освещении кремниевый солнечный элемент генерирует электрическое напряжение величиной 0,5 В. Независимо от типа и схемы

®--т))--(г-0

Рис. 1 -

к счастью, здесь нет ограничений. Солнечные элементы можно соединять последовательно и параллельно с целью увеличения выходных характеристик.

Будем рассматривать солнечные элементы как обычные батарейки. Известно, что для увеличения яркости фонаря используют несколько батареек. В сущности, при последовательном включении батареек увеличивается полное напряжение (рис. I).

То же самое можно проделать с солнечными элементами. Соединяя положительный вывод одного элемента с отрицательным выводом другого, от двух элементов можно получить напряжение величиной 1 В. Подобным образом три элемента дадут 1,5 В, четыре - 2 В и т. д. Теоретически напряжение, развиваемое последовательно соединенными солнечными элементами, при условии, что имеется достаточное их количество, может достичь тысячи вольт!

К сожалению, с точки зрения увеличения выходного тока последовательное соединение обладает присущим ему недостатком.. При последовательном соединении элементов питания выходной ток не превосходит уровня, характерного для худшего элемента в цепи. Это справедливо для всех источников питания независимо от того, являются ли они батареей, блоком питания или солнечными эле-"ментами. • - •

включения есе (большие и малые) кремниевые солнечные элементы генерируют напряжение 0,5 В.

По-иному обстоит дело с выходным током элемента. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь поверхности. Ясно, что элемент площадью 10Х10 в 4 раза превосходит элемент площадью 5x5 cм следовательно, он выдает в 4 раза больший ток.

Сила тока зависит также от длины волны света и его интенсивности, причем она прямо пропорциональна интенсивности излучения. Чем ярче свет, тем больший ток генерируется солнечным элементом.

Увеличение выходных характеристик солнечных элементов

Солнечные элементы использовались бы очень редко, если бы эксплуатировались в пределах упомянутых параметров. Лишь в некоторых случаях требуется такое низкое напряжение (0,5 В) при произвольных требованиях к величине потребляемого тока.

Это означает, что при любом числе 2-амперных солнечных элементов в цепи 1-амперный элемент будет определять величину полного выходного тока, т. е. 1 А. Следовательно, если вы стремитесь достичь максимальных характеристик, необходимо согласовать токи есех элементов цепи.

Хорошо, с напряжением все ясно. Но как увеличить выходной ток солнечного элемента? Ведь солнце светит с определенной яркостью.

Выходной ток зависит от площади поверхности элемента, и поэтому естественный путь повышения тока - это увеличение площади элемента (или элементов). Элементов? Именно!

Рис. 2

Если взять четыре элемента размером 5x5 см каждый и соединить их параллельно, как показано на рис. 2, то можно достичь такого же результата, как при замене четырех элементов одним размером 10 X10 см (в обоих случаях площадь поверхности одинакова и составляет 100 см).

Необходимо усвоить, что при параллельном соединении увеличивается лишь величина тока, а не напряжения. Независимо от количества параллельно соединенных элементов (4 или 50) генерируемое напряжение составит не более 0,5 В.

Фотоэлектрические батареи

Можно догадаться, о чем пойдет речь. Действительно, чтобы использовать преимущества обоих способов включения, можно комбинировать последовательное и параллельное соединение элементов. Подобная комбинация называется батареей.

Батареи можно составлять в любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка из последовательно включенных элементов. Можно также соединить параллельно цепочки элементов, отдельные элементы в цепочках или сочетать их в любой другой комбинации. На рис. 3 представлены лишь три примера из возможных комбинаций.

Различия в характере соединений элементов на рис. 3, хотя все они обладают одинаковыми выходными характеристиками, продикто-