Световая энергия. Мощность солнечных лучей, падающих вертикально на наружную часть атмосферы, равна примерно 1350 Вт/м2. В средних широтах мощность для поверхности Земли равна 300 Вт/м2 летом и 80 Вт/м2 зимой. Приблизительные значения интенсивности различных источников освещения (в микроваттах на метр квадратный) равны соответственно солнечный свет 10 в 8ст. и выше, лампа дневного света 1...10, лунный свет - 10 в -1ст... 1, хорошее электроосвещение - 10 в -2ст., слабый свет (еле различимый) 10 в -10ст..
Усилия конструкторов идут по пути использования фотоэлементов для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Фотопреобразователи, называемые также солнечными батареями, состоят из ряда фотоэлементов, соединенных последовательно или параллельно. Если преобразователь должен заряжать аккумулятор, питающий, например, радиоустройство в облачное время, то его подключают параллельно к выводам солнечной батареи (рис. 6.1, б).

(рис.6.1)  Солнечные батареи: а - последовательное (или параллельное) 1 и смешанное 2 соединения фотоэлектрических элементов; б - схема для заряда миниатюрных аккумуляторов; в - конструкция источника питания, смонтированного на корпусе приемника, угол освещения батарей (в нашем случае из четырех элементов) можно регулировать; г - конструкция источника питания; д - модель парома; е - батарея элементов, изготовленных из транзисторов

Элементы, применяемые в солнечных батареях, должны обладать большим К.П.Д., выгодной спектральной характеристикой, довольно небольшим внутренним сопротивлением, малой стоимостью, простой конструкцией и небольшой массой. К сожалению, только немногие из известных на сегодня фотоэлементов отвечают хотя бы частично этим требованиям. Это прежде всего некоторые виды полупроводниковых фотоэлементов. Простейший из них - селеновый - имеет максимум спектральной характеристики на волне длиной, равной 560 нм, что почти отвечает максимуму излучения в солнечном спектре. К сожалению, К.П.Д. лучших селеновых фотоэлементов мал (0,1...1 %), а их внутреннее сопротивление достигает (1...50)-103 Ом, что не позволяет подключать их к цепям с малым входным сопротивлением и сводит на нет их практическую ценность. Но эти элементы охотно применяют радиолюбители, так как они дешевы и доступны (они установлены во многих фотоэкспонометрах).
Основой солнечных батарей являются кремниевые фотопреобразователи, имеющие вид круглых или прямоугольных пластин толщиной 0,7...1 мм и площадью до 5...8 см2. Опыт показал, что хорошие результаты дают небольшие элементы площадью около 1 см2. Фотоэлемент с рабочей поверхностью 1 см2 создает ток 24 мА при напряжении 0,5 В (под нагрузкой 0,3 В), имеет К.П.Д. около 10%.
Несколько примеров практического использования солнечных батарей показано на рис. 6.1. Они применяются вместе с химическими источниками тока для питания устройств на искусственных спутниках Земли и их моделях (см. рис. 16.22).
Кремниевые фотоэлементы пока еще очень дороги. Однако предвидится, что в будущем они найдут широкое применение и в домашнем хозяйстве. Подсчитано, что для освещения помещения с помощью ламп мощностью 3 А Х 11О Вт достаточно применить солнечную батарею размерами 2x2x0,05 м, которая заряжает щелочной аккумулятор.
Созданы также фотоэлементы из полупроводниковых материалов, например из сульфида кадмия CdS с теоретическим К.П.Д. 18% и Э.Д.С. 2...2,5 В при прямом солнечном освещении. Кстати, практический К.П.Д. фотоэлектрических преобразователей (около 10%) превышает, в частности, К.П.Д. паровоза (8%), коэффициент полезного использования солнечной энергии в растительном мире (1 %), а также К.П.Д. многих гидротехнических и ветровых устройств. Фотоэлектрические преобразователи имеют практически неограниченную долговечность.
Приведем для сравнения значения К.П.Д. различных источников электрической энергии (в процентах): теплоэлектроцентраль - 20...30, полупроводниковый термоэлектрический преобразователь - 6...8, селеновый фотоэлемент - 0,1...1, солнечная батарея - 6...11, топливный элемент - 70, свинцовый аккумулятор - 80...90, щелочной аккумулятор - 50...60, серебряно-цинковый аккумулятор - 88...95.
Фотоэлементы можно соединять последовательно, параллельно, смешанно (рис. 6.1, а). Они могут работать и при искусственном освещении электролампой мощностью 200...300 Вт. При этом следует обращать внимание на то, что бы температура фотоэлемента не превышала +70° С. Минимально допустимая температура -30° С.