Cum panourile solare?

Energia solară acoperă deja peste 50% din consumul de energie în Germania. Este evident că viitorul energiei - pentru panouri solare. Care sunt principiile de bază ale muncii lor?

Odată ce fotocelule utilizate aproape exclusiv în spațiu, cum ar fi o sursă primară de sateliți de putere. Deoarece panourile solare sunt din ce în ce parte a vieții noastre: ele acoperă acoperișurile caselor și mașini folosite în ceasurile de mână și chiar ochelari de soare.

Panourile solare © Flickr / O`Connor Colegiul de Drept pix

Dar cum funcția de panouri solare? Cum este posibil să se transforme energia luminii solare în energie electrică?

principii de bază

Panourile solare constau din celule fotovoltaice ambalate într-un cadru comun. Fiecare dintre ele este realizat dintr-un material semiconductor, cum ar fi siliciu, care este cel mai frecvent utilizat în celulele solare.

Când razele sunt incidente pe semiconductoare, încălzită, absorbind parțial energia. Energia fluxului eliberează electroni în interiorul semiconductor. Pentru un câmp electric fotoelemente atașat care direcționează electronii liberi, făcându-le să se deplaseze într-o anumită direcție. Acest flux de electroni și formează curent electric.

Video: Cum panouri solare de lucru. Cum de a colecta panouri solare

Dacă aplicăm contactele de metal la partea de sus și de jos fotocelula poate trimite curentul rezultat prin fire și să-l utilizați pentru diverse dispozitive. Amperaj împreună cu tensiunea celulei este energia electrică produsă determinată prin fotocelula.

semiconductori de siliciu

Să considerăm procesul de eliberare a electronilor de exemplu siliciu. Un atom de siliciu are 14 electroni in trei scoici. Primele două cochilii sunt complet umplute cu două și opt electroni, respectiv. Al treilea shell este pe jumătate gol - are doar 4 electroni.

Video: Cum panouri solare funcționează? TED Ed [în limba rusă]

Cu aceasta are un siliciu cristalin Formula încearcă să umple golul în al treilea coajă, atomii de siliciu sunt încercarea de a „share“ electronii cu vecinii. Cu toate acestea cristal de siliciu în formă pură - conductor slab, deoarece practic toți electronii stau ferm în rețeaua cristalină.

Prin urmare, în celulele solare nu utilizează siliciu pur și cristalele cu cantități mici, adică. E. Atomi altor substanțe sunt introduse în siliciu. Per milion atomi de siliciu au un singur atom, de exemplu, un atom de fosfor.

La fosfor cinci electroni în învelișul exterior. Patru dintre aceste forme cristaline datorită atomilor de siliciu din apropiere, dar al cincilea electron rămâne de fapt „agățat“ în spațiu, fără legături cu atomi vecine.

Când razele solare cu siliciu cad, electronii primi energie suplimentară, care este suficientă pentru a le detașa de atomii corespunzători. Ca rezultat, „găurile“ rămân în locul lor. electronii eliberați rătăci aceeași grilaj purtători ai curentului electric. Confruntandu-se cu încă o „gaură“, ei l umple.

Cu toate acestea, în siliciu pur astfel de electroni liberi este prea scăzută datorită puternice legături ale atomilor în rețeaua cristalină. Este destul de un alt lucru - siliciu dopat cu fosfor. Pentru a elibera electronii nelegate în atomi de fosfor necesar pentru a exercita o cantitate mult mai mică de energie.

Cele mai multe dintre acești electroni devin purtători liberi, care pot ghida și utilizate pentru generarea de energie electrică în mod eficient. Procesul de adăugare a impurităților pentru a îmbunătăți proprietățile fizice și chimice ale substanței se numește dopaj.

Fosforul dopat cu atomi de siliciu devine electronic de tip n-semiconductor (cuvântul «negativ», deoarece sarcina negativa a electronilor).

Siliciul este, de asemenea, dopat cu bor, care are doar trei electroni în afara invelisului. Rezultatul este un semiconductor de tip p (de la «pozitiv»), în care sunt libere de „găuri“ încărcate pozitiv.

Solare încărcător baterie

Ce se întâmplă atunci când combinați un semiconductor de tip n cu un semiconductor de tip p? Primul dintre acestea a fost format o mulțime de electroni liberi, iar al doilea - o mulțime de găuri. Electronii tind cum să umple gaura cât mai repede posibil, dar dacă o face, atât din materiale semiconductoare devin neutre electric.

In schimb, atunci când penetrarea electronilor liberi în regiunea semiconductor de tip p la joncțiunea dintre cele două substanțe fiind încărcat pentru a forma o barieră care nu se mișcă atât de ușor. La limita p-n tranziție a unui câmp electric.

energia solara din fiecare foton este de obicei suficient pentru eliberarea unui singur electron, și, prin urmare, formarea de o gaura in plus. În cazul în care acest lucru se întâmplă în apropierea p-n intersecție, câmpul electric de pe electron liber trimite n-side, iar gaura - la p-side.

Astfel, echilibrul este perturbat mai mult și, dacă este aplicată sistemului, un câmp electric extern, electronii vor curge în p-side pentru a umple gaura, creând un curent electric.

Video: Cum o celulă solară

Din păcate, siliciu reflectă destul de bine lumina, ceea ce înseamnă că o parte semnificativă a fotonilor pierdut în zadar. Pentru a reduce pierderile, celulele solare acoperite cu strat anti-reflexie. În cele din urmă, pentru a proteja celula solară de ploaie și de vânt, de asemenea, ea a decis să acopere sticla.

eficiența factorului solar contemporan nu este prea mare. Cele mai multe dintre ele sunt prelucrate în mod eficient cu 12 până la 18 la suta a ajunge la lumina soarelui. Cele mai bune mostre a trecut eficiența barierei de 40 la sută.