Здавалося б, зовсім недавно сонячна батарея міцно асоціювалася з космічними кораблями, орбітальними станціями і місяцеходами. А зараз, пристрій, здатний витягувати електрику зі світла можна виявити в будь-якому калькуляторі. Більш того, в багатьох сонячним світлом країнах з жарким літом і м'якою зимою (вчені називають їх «країни з високою інсоляцією»), таких як Італія, Іспанія, Португалія, південні штати США і т.д. Сонячна енергетика є помітною статтею економії коштів на електро- і теплопостачання. Причому економія ця відбувається як по приватній ініціативі громадян, так і у вигляді обов'язкових до виконання державних нормативних актів, як наприклад в Іспанії. 
Сонячна енергія може розв'язати енергетичну проблему всього світу
Спроби змусити працювати на себе енергію сонця робилися людством давно, так за легендою Архімед спалив римський флот, наказавши сфокусувати безліччю дзеркал (за іншою версією - начищених до блиску щитів) сонячне світло на вітрилах римських галер. Але помітні результати спроби підпорядкування енергії сонця дали тільки в минулому столітті. Які ж існують шляхи використання сонячної енергії?
Як отримати електрику
Найбільш очевидний шлях - це перетворення світлової енергії сонця в теплову. Строго кажучи, це навіть перетворенням назвати не можна, адже світло і тепло мають одну і ту ж природу і відрізняються лише частотою, правильніше буде говорити про збір тепла. Для збору сонячного тепла пристрої, які так і називаються - сонячні колектори ( «Колектор» буквально означає збирач). Принцип їх дії гранично простий - теплоносій (вода, рідше повітря) нагрівається в зробленому з теплопоглощающего матеріалу радіаторі. Такі пристрої мають широке застосування для гарячого водопостачання приватних будинків.
Інший цікавий спосіб використання енергії найближчого світила підказує нам природа. За мільйони років еволюції рослини навчилися перетворювати енергію сонця в енергію хімічних зв'язків, синтезуючи з простих речовин складне з'єднання - глюкозу. Той, хто не прогулював в школі ботаніку, звичайно, здогадався, що мова йде про фотосинтезі. Але не кожен замислювався про енергетичну сутності цього процесу, що складається як раз в накопиченні сонячної енергії і подальшого її використання (у тому числі взимку) в «особистих» цілях. Тобто мова йде про біоенергетику. Реальною, а не тієї, про яку розповідають доморощені маги. Спосіб використання енергії сонця за таким принципом роботи ще тільки чекає свого застосування в рукотворної техніці.
Процес збору теплової енергії відбувається в колекторах
Як вже говорилося вище, найпростіший спосіб використання в особистих цілях енергію сонця - це збір теплової енергії. Однак «найпростіший» не завжди означає «найкращий». Справа в тому, що теплова енергія - це, можна сказати, «швидкопсувний продукт». Спробуйте «законсервувати» тепло або передати його на великі відстані. Швидше за все, витрати перекриють всі можливі вигоди. Найбільш зручним для накопичення та транспортування видом енергії є електрика. Його можна без особливих проблем зібрати в акумуляторах або передати по дротах до місця, де воно буде працювати, з мінімальними втратами. Звідси випливає третій, найпоширеніший спосіб використання сонячного світла - перетворення його в електричну енергію.
Як це працює
Перетворення сонячного світла відбувається в батареях (тобто послідовно підключених групах) фотоелементів, які підівчили назву «сонячні батареї». За яким же принципом працюють сонячні батареї?
Процес перетворення сонячного світла
Серцем фотоелемента є кремнієвий кристал. З кремнієм (точніше його оксидами) ми зустрічаємося кожен день - це знайомий нам пісок. Таким чином, можна сказати, що кремнієвий кристал - це вирощена в лабораторії гігантська піщинка. Кристалам надають форму куба і ріжуть на платини товщиною в двісті мікрон (приблизно три-чотири товщини людської волосини).
На кремнієву пластинку з одного боку наносять найтонший шар фосфору, з іншого боку - найтонший шар бору. Там, де кремній контактує з бором, виникає надлишок вільних електронів, а там, де кремній контактує з фосфором, навпаки електрони в нестачі, виникають так звані «дірки». Стик середовищ, що володіють надлишком і недоліком електронів, називається у фізиці pn перехід. Фотони світла бомбардують поверхню пластини і вибивають надлишкові електрони фосфору до якої бракує електронам бору. Впорядкований рух електронів - це і є електричний струм. Залишилося тільки «зібрати» його, провівши через пластину металеві доріжки. Так в принципі влаштований кремнієвий фотоелемент.
Потужність однієї платівки-фотоелемента досить скромна, її вистачить хіба що для роботи лампочки кишенькового ліхтарика. Тому окремі елементи збирають в системи-батареї. Теоретично можна зібрати з елементів батарею будь-якої потужності. Батарею укладають на металеву підкладку, армують для підвищення міцності і накривають склом. Важливо, що сонячна батарея перетворює в електрику не тільки видиму, а й ультрафіолетову частину сонячного спектра, тому скло, яке покриває батарею обов'язково повинне пропускати ультрафіолет.
Важливою перевагою сонячної батареї є те, що вона використовує світло, а не тепло, тому, на відміну від колектора, сонячна батарея може працювати і взимку, аби хмарність не закривала сонячне світло. Існують проекти будівництва величезних полів сонячних батарей в Арктиці й Антарктиці, які будуть накопичувати енергію під час піврічного полярного дня, який на півночі настає влітку, а на півдні - взимку, тобто дві гігантських сонячних електростанції ніколи не будуть сидіти склавши руки одночасно.
Це все в далекій перспективі, а отримати користь з властивостей сонячної батареї можна вже сьогодні, обладнавши своє житло мініатюрної геліоелектростанції. Така станція звичайно навряд чи зможе повністю задовольнити потреби господарства в електриці, але, без сумніву, стане чутливим фактором економії сімейного бюджету.
Які ж існують шляхи використання сонячної енергії?За яким же принципом працюють сонячні батареї?
