Любой, кто интересуется альтернативными источниками зеленой энергии, скорее всего, задавал себе вопрос: как работают солнечные батареи? В наши дни солнечные панели появляются все чаще и чаще. От небольших ландшафтных фонарей до калькуляторов и телефонных будок до больших солнечных полей в пустыне и даже спутников. Трудно прожить целый день, не увидев солнечную энергию в действии. Но как именно эти панели превращают солнечный свет в энергию? В этой статье объясняются основы работы солнечных батарей, а затем вы можете найти дополнительные технические ресурсы, если хотите узнать больше.
Так как же работают солнечные панели?
Сложная наука о том, как Сколько на самом деле солнечные батареи экономят на счетах за электроэнергию? преобразуют солнечный свет в электричество, выходит за рамки этой статьи, но можно понять общую идею производства солнечной энергии, не вдаваясь в технические подробности.
Фотоны в электроны
Солнечные панели, которые вы видите на фонарике или калькуляторе, сделаны из фотогальванических элементов. Целью этих ячеек является преобразование солнечного света в электричество. Фотоэлектрические элементы обычно состоят из кремния, который действует как полупроводник. Когда солнечный свет попадает на кремний, энергия света поглощается. Кремний — отличный выбор из-за его свойств на атомарном уровне. В своем естественном состоянии кремний имеет место для восьми электронов во внешней зоне, но несет только четыре. Таким образом, когда встречаются два атома кремния, каждый атом делится с другим четырьмя электронами, и создается стабильная и прочная связь. Однако здесь нет положительного или отрицательного заряда, поскольку каждый атом получает именно то, что ему нужно.
Чтобы кремний работал как материал для производства энергии, он должен быть объединен с другим элементом, имеющим положительный или отрицательный заряд. Такой элемент, как фосфор, имеет пять электронов, поэтому, когда он объединяется с кремнием, связь будет иметь восемь общих электронов с одним свободным электроном, который не нужен кремнию, но все еще связан с фосфором. Это создает отрицательно заряженную комбинацию.
Однако, чтобы поток энергии протекал, должен быть положительный заряд. Для этого атомы кремния также объединяют с таким элементом, как бор, который имеет только три электрона. Теперь бор полностью связан, но в атоме кремния еще есть место для еще одного электрона. В солнечных панелях эта положительно заряженная пластина соединяется как бутерброд с отрицательно заряженной пластиной, а между ними помещаются токопроводящие провода.
Здесь в игру вступают фотоны Солнца. Когда отрицательно заряженная пластина в солнечной панели обращена к солнечному свету, фотоны солнечного света обрушиваются на солнечные панели, пока в конечном итоге не выбивают лишний электрон на отрицательной пластине. Положительная пластина, в которой есть место для дополнительного электрона, быстро собирает освободившийся электрон. Поскольку фотоны от солнца продолжают отрывать электроны, создается электрический ток. В этот момент к каждой стороне фотогальванического элемента прикрепляются металлические контакты, чтобы ток можно было отводить и использовать в качестве электричества. В зависимости от размера фотогальванического элемента и электрических полей, встроенных в элемент, мощность элемента будет варьироваться.
Ограничения солнечной энергии
Теперь, когда у вас есть общее представление о том, как работают солнечные батареи, вы можете задаться вопросом, почему солнечные батареи не являются основным источником энергии в мире. Проблема в том, что это все еще не очень эффективный процесс выработки электроэнергии. Количество электроэнергии, вырабатываемой солнечными панелями, относительно невелико по сравнению с размером самих панелей. Плюс очень важен угол наклона солнечных панелей; если панели не обращены прямо к солнцу, эффективность может значительно упасть. Солнечные панели становятся все лучше и лучше, но инженеры все еще ищут способы сделать их более эффективными, компактными и простыми в обслуживании.