Итак, солнечные батареи работают по принципу прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую. Как и абсолютное большинство современных электронных компонентов, солнечные батареи - это полупроводники; солнечные батареи собираются из фотоэлектрических модулей, сделанных, в свою очередь, из монокристаллического, поликристаллического, или аморфного кремния - того самого элемента, из которого делаются сегодня транзисторы, микросхемы, микропроцессоры...

	Выращенный в заводской лаборатории кристалл поликристаллического кремния. Разрезанный впоследствии на тонкие пластины, он будет основой для производства микросхем и солнечных модулей
	Пластины монокристаллического кремния
	Монокристаллический фотоэлектрический модуль. Визуально - темно синего, даже черного цвета, квадраты с закругленными краями. Закругленные края обусловлены использование цилиндрических заготовок кристалла кремния. Эффективность - КПД - повседневно используемых монокристаллических модулей - 14-17%.
	Поликристаллический фотоэлектрический модуль. Квадрат правильной формы синего цвета. Дешевле монокристаллического. Срок службы - меньше. КПД - 10-12%. То есть, только 10% энергии солнца превращается в электрическую.
	Фотоэлектрический модуль на основе аморфного кремния. Главное отличие - гибкий. Дешевле и значительно легче других солнечных модулей. Может испытывать серьезные деформирующие нагрузки - изгиб, кручение. Идеален для портативных солнечных систем там, где предъявляются высокие требования к массово-габаритным показателям. Однако КПД таких модулей редко превышает 8%.

Принцип действия любого фотоэлектрического кремниевого модуля одинаков: модуль состоит из двух слоев кремния с различными физическими свойствами - внешнего и внутреннего. Внутренний слой представляет - это «чистый» кремний. Внешний - «грязный» кремний, с различными примесями, молекулы которых являются донорами электронов при облучении их солнечных светом. Проще говоря, фотоны солнечного света выбивают легкие на подъем электроны с верхнего слоя на внутренний, а поток электронов, как известно, и есть - электрический ток.

Фотоэлектрические модули соединяются параллельно - для обеспечения требуемой мощности, и последовательно - для повышения напряжения на выходе солнечной батареи. Таким образом, чем больше батарея, тем больше ее мощность, больше солнечной энергии она преобразует в электричество.

Солнечная батарея из моно- и поликристаллического кремния - это жесткая конструкция в алюминиевой раме, состоящая из трех (как минимум) слоев: подложки из жесткого, прочного пластика, наклеенных на него фотоэлектрических модулей, спаянных параллельно и последовательно с помощью металлических шин, и верхнего слоя из прозрачного ударопрочного стекла. Батареи из аморфного кремния - гибкие, фотоэлектрические модули в них ламинированные, что обеспечивает надежную защиту от воздействия влаги. В любой солнечной батарее можно найти дополнительные элементы - диоды Шоттки, которые включаются последовательно и предотвращают возможный обратный разряд аккумулятора через солнечную батарею в то время, когда батарея не вырабатывает зарядный ток.

	Солнечная батарея из монокристаллического кремния. Хорошо видны квадраты фотоэлектрических модулей с закругленными краями. Срок службы такой батареи - выше, чем батареи из поликристаллического кремния и достигает 30 лет.
	Солнечная батарея из поликристаллического кремния. Гарантированный срок службы - около 20 лет. После 25 лет и монокристаллические модули, и поликристаллические модули теряют 10-20% своей мощности. Это явление носит название деградации полупроводников.
	Гибкая солнечная батарея из аморфоного кремния. Срок службы таких батарей сильно зависит от технологии производства: некоторые гибкие батареи деградируют очень быстро, теряя до 50% своей мощности в первые 2 года эксплуатации. Тонкопленочные батареи, созданные по новейшим технологиям, начинают терять паспортную мощность через 8-10 лет после начала эксплуатации.

Тонкопленочные элементы из аморфного кремния, несмотря на более низкий КПД, хорошо справляются с задачей получения электрической энергии при рассеянном излучении, то есть - когда солнце за тучами, в утренние и вечерние часы, а это - большой плюс в нашем регионе, где ясных солнечных дней меньше, чем, к примеру, в Испании.

Строго говоря, гибкие тонкопленочные солнечные батареи изготавливаются не только из аморфного кремния, но и с использованием других, порой очень экзотических материалов... Например, большие перспективы сегодня имеют тонкопленочные солнечные батареи на основе нанопроводов оксида цинка, селенида меди-индия-галлия, есть сообщения в СМИ об успешных опытах с солнечными элементами на основе красителей...

Эффективность солнечных батарей обычно определяется соотношением паспортной мощности к стоимости батареи. То есть, если солнечная батарея киевского завода КВАЗАР KV 200 P стоит 3 154.00 грн, то стоимость 1 Ватта получаемой энергии будет 15,77 грн, что соответствует среднемировой цене 1 Вт = 1,5 Евро электроэнергии, генерируемой солнечными батареями на основе монокристаллического кремния. Стоимость 1 Вт электроэнергии для поликристаллических батарей - около 1,2 Евро; а батареи на гибких солнечных модулях стоят еще дешевле - 0,5-0,8 Евро за 1 Вт.

Солнечная батарея KV 200 P. Поликристаллический кремний, алюминиевая рама. Гарантия завода-изготовителя 25 лет. Солнечные батареи завода КВАЗАР большими партиями поставляются в Европу.

Кроме того, оценить преимущества солнечных батарей из монокристаллического кремния можно визуально - они занимают меньше места, в сравнении с батареями других типов. Для получения одной и той же электрической мощности солнечная батарея из поликристаллического кремния будет иметь площадь на 25% большую, в сравнении с батареей из монокристаллического кремния, а батарея из аморфного кремния (гибкая, тонкопленочная) - будет иметь площадь в 2 раза больше... Впрочем, гибкая батарея на основе селенида меди-индия-галлия имеет КПД до 18%, и потому ее размеры будут меньше, чем у всех остальных. К сожалению, гибкие батареи такого типа еще получили широкого распространения.

На КПД солнечной батареи, а, значит, на ее эффективность, большое влияние оказывает температура. Паспортные значения КПД указаны для температуры 25°С; при этой температуре солнечный элемент вырабатывает наибольший ток. С увеличением температуры на 10 градусов КПД падает на 4%, поэтому в яркий солнечный день солнечная батарея может работать хуже, нежели в солнечный зимний день. К тому же, солнечные батареи сами по себе нагреваются, как и всякая кремниевая микросхема, во время выработки электроэнергии, поэтому необходимо правильно монтировать солнечные батареи, обязательно обеспечив им эффективную вентиляции. Нельзя, например, просто «прикрутить» солнечный модуль к крыше, а нужно - на определенном расстоянии, для обеспечения вентиляции модулей.

Устанавливая солнечные батареи, не забудьте их правильно сориентировать. Для Украины это - направление на юг под углом 40-45 градусов к горизонту. Конечно, такая ориентация не даст лучших результатов в утренние и вечерние часы, но элементарный расчет показывает, что использование системы слежения за солнцем невыгодно - она выйдет очень дорого, уж лучше поставить несколько дополнительных солнечных модулей...

Кроме конструктивного выполнения - жесткий или гибкий, каждый солнечный модуль имеет электрические характеристики - напряжение и мощность. Чем больше солнечный модуль по размерам, тем выше, обычно, напряжение на его клеммах - от 17 до 50 Вольт. Паспортная мощность модуля является, фактически, его пиковой мощностью, измеренной в лабораторных условиях при солнечном освещении 1 кВт на метр квадратный, и температуре 25°С. Понятно, что в течении светового дня мощность солнечного излучения сильно меняется, температура окружающей среды и температура нагрева самого модуля - тоже, поэтому получить паспортные ватты мощности будет нелегко... Поэтому расчет количества солнечных батарей, необходимых для построения автономной системы энергоснабжения всегда выполняется с некоторым избытком по мощности. См. статью Расчет солнечных систем

Низкий КПД солнечных батарей - понятие относительное... Очевидно, что при сегодняшней цене 1 кВт сетевой электроэнергии, которую вырабатывают тепловые и атомные электростанции, строить автономную солнечную систему для личного пользования кажется безумным занятием - такая система окупится, в лучшем случае, через 40-50 лет... Однако, цены на электроэнергию растут, мировые запасы углеводородного топлива стремительно заканчиваются... Уже сегодня повсеместно наблюдаются перебои с поставками электроэнергии, потребление которой неуклонно растет, и с этим не справляются ни электростанции, ни электросети... А если брать случай, когда вообще нет возможности подключиться к электросети, то полностью автономная или резервная энергетическая система оказывается не просто выгодным, а единственно возможным вариантом... Действительную же эффективность солнечных батарей наглядно демонстрируют расчеты, согласно которым солнечный модуль, изготовленный из 1 кг кремния за 30 лет работы произведет 300 МВт/ч электроэнергии для получения которой на тепловых электростанциях надо сжечь 75 тонн нефти.