Впервые явление, которое впоследствии получило название фотоэффекта, было замечено в 1839 году Эдмоном Беккерелем. Выходит, что способ, при котором электрическая энергия получается из солнечного света, известен уже более 130 лет.
Исследование этого явления было продолжено только в 1873 году Уиллоуби Смитом, который обнаружил, что при попадании солнечного света на селеновую пластину возникает электромагнитное излучение. Его первые шаги в изучении данного явления положили начало появлению солнечных батарей.
Более серьёзные исследования были продолжены в лаборатории Александра Белла, где была получена первая солнечная батарея из кремния. С годами изобретение было усовершенствовано, и к середине 20 века новый способ генерирования электроэнергии достиг достаточно высокого уровня.
Источники питания на солнечном свете могут применяться в тех же областях, что и другие элементы питания. В связи с тем, что сила тока в солнечных батареях прямо пропорциональна действующему напряжению, они не боятся короткого замыкания. Это является их достоинством. Недостаток же солнечных элементов питания – это то, что эффективность зависит от степени светового потока на их поверхность.
В ясную погоду производительность солнечных батарей максимальна, но может сразу снизиться наполовину лишь от лёгкого облака. Небольшое отклонение от технологии при производстве влияет на технические характеристики элементов даже в пределах одной партии. Для получения наивысшей отдачи солнечных преобразователей следует сортировать их, исходя из показателей выходного тока.
Размеры солнечного элемента питания не влияют на величину напряжения холостого хода. Оно равняется приблизительно 0,6 Вольт и немного колеблется в зависимости от производителя источников питания и от партии.
В отличие от напряжения, сила тока прямо пропорциональна размерам солнечного преобразователя, а также силе светового потока. Элемент площадью 100 см2 по сравнению с элементом, площадь которого 1 см2, при равной световой интенсивности даст в 100 раз больше тока, поскольку площадь первого в 100 раз больше площади второго.
Максимальный показатель выходного напряжения у солнечного элемента равен 0,47 Вольтам. Для проверки его соответствия данным параметрам производится полная нагрузка, и таким образом оценивается мощность батареи. Так же можно сравнивать однотипные источники питания, поместив их в равные условия.
Солнечные батареи очень чувствительны к перегреву. Оптимальная производительность их работы осуществляется при температуре до +25 градусов. Если температура окружающей среды становится выше данной величины, с каждым последующим градусом напряжение падает на 0,002 Вольта, что составляет 0,4 процента.
Нагрев солнечных источников питания в жаркую погоду до +60, а то и до +70 градусов является причиной потери напряжения от 0,07 до 0,09 Вольта каждого их них. Вследствие этого эффективность их работы существенно снижается.
Мощность солнечной батареи в обычном режиме работы — один-полтора Ватта. Таким образом, в наши дни, коэффициент полезного действия стандартного элемента будет от 10 до 16 процентов.
Для паспортизации солнечные батареи должны соответствовать таким мировым критериям, как обеспечение освещённости 1000 Ватт на 1 м2 при температуре воздуха +25 градусов и показателе 1,5 спектра АМ.
В наши дни широко применяются беспроводные приборы освещения, представляющие собой синтез солнечных и аккумуляторных батарей. Панель солнечного элемента, произведённая из силикона либо кремния, соединяется с изготовленной из никеля или кадмия аккумуляторной батареей стандартного размера АА, обеспечивая тем самым питание для светодиодов. Соединение солнечных элементов осуществляется на стеклянной, алюминиевой или текстолитовой поверхности и ламинируется под вакуумом с применением двухслойной плёнки.
Отсутствие доступа воздуха в пространство между защитной поверхностью и батареей позволяет сократить отражающие и поглощающие действия до 12 процентов. Не будь вакуума, потери достигли бы показателя от 20 до 30 процентов.
Благодаря подпитке от солнечных батарей аккумуляторный элемент получает возможность повторной зарядки в количестве 1000 раз и более, не теряя при этом в качестве освещённости, показатели которой составляют от 3 до 11 люкс.
При установке светильника на солнечных батареях необходимо регулировать угол попадания света на панели для максимального накопления солнечного света в течение светлого времени суток. На длительность работы приборов освещения на солнечных батареях в темноте влияет время года, местоположение, а также то, цветной светодиод или прозрачный. В условиях зимы светильник может проработать порядка 5 часов, а летом — в два раза дольше.
Достоинства приборов освещения на солнечных элементах:
— не потребляет электроэнергию;
— соответствие экологичности;
— легко устанавливается без необходимости монтажа электропроводки;
— функционирование только при необходимости — в темноте;
— не опасны для жизни и здоровья;
— защита от попадания грязи и воды;
— работа в температурном диапазоне от минус 25 до плюс 40 градусов;
— бесперебойность в работе;
— срок службы до пяти лет;
— экономичность;
— красивый внешний вид.
Светильники на солнечных батареях широко применяются для освещения тёмных улиц, дежурных объектов, затемнённых территорий. Энергосбережение позволяет использовать их в освещении элементов уличных сооружений: ступенек лестниц, тротуаров, небольших конструкций, таких видов ландшафтного дизайна, как альпийские горки, зимние сады и различные насаждения. Посредством источников света на солнечных батареях подсвечиваются витрины магазинов, очертания зданий, аварийная сигнализация, рекламные щиты, границы водных объектов, беседки, мосты, скамейки и многое другое.
