Проблема поиска новых источников энергии весьма актуальна — нефть, природный газ, уголь — все это ограниченные энергоресурсы и их запасы, согласно статистике [1], при текущем темпе потребления закончатся менее чем через 45, 170, 420 лет соответственно. В отличие от ограниченных ресурсов солнечная энергия представляет собой практически неиссякаемый источник, по данным статистики, его энергии хватит еще на 5 млрд лет. Для стран, небогатых традиционными энергоресурсами (нефть, природный газ, уголь) солнечная энергия может являться перспективным направлением развития энергетики на альтернативных энергоресурсах. Судить о перспективах солнечной энергетики мы можем на примере Германии, которая на данный момент лидирует в преобразовании солнечной энергии — в 2010 г. На долю Германии приходилось 36% выработанной во всем мире солнечной энергии, 20% всей произведенной электроэнергии этой страны вырабатывается с использованием солнечных батарей.
Основой любой солнечной батареи являются фотоэлементы (ФЭ), которые непосредственно осуществляют фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии. Основным материалом для изготовления ФЭ является кремний, батареи на его основе на данный момент имеют максимальный КПД — до 19% у коммерческих образцов и до 24,2% у лабораторных [2]. Однако высокий КПД может быть достигнут только в режиме максимальной мощности. Организация указанного режима представляет собой сложную задачу.
ФЭ любого типа обладает нелинейной статической вольтамперной характеристикой (ВАХ) [3], характерный ее вид представлен на рисунке 1а. Подключение нагрузки R к ФЭ существенно изменяет положение рабочей точки на ВАХ и влияет на электрическую мощность, вырабатываемую в этой нагрузке. Основываясь на ВАХ, можно построить график зависимости мощности P, выделяемой на нагрузке от напряжения на ФЭ (рис.1б). Эта характеристика имеет максимум в точке А2, которая называется точкой максимальной мощности (ТММ). Для того, чтобы осуществлять преобразование солнечной энергии с максимальным КПД необходимо, чтобы в процессе работы ФЭ нагрузкой R поддерживался режим работы в точке А2. Положение этой точки на ВАХ ФЭ достигается в случае линейной нагрузки при сопротивлении R=R2 (рис. 1а).