Ako sa solárne panely?

Solárna energia už pokrýva viac ako 50% spotreby energie v Nemecku. Je zrejmé, že budúcnosť energetiky - pre solárne panely. Aké sú základné princípy svojej práce?

Akonáhle fotobunky používané takmer výhradne v priestore, ako primárny zdroj energie satelitov. Vzhľadom k tomu, solárne panely sú stále súčasťou našich životov: pokrývajú strechy domov a automobilov používaných v náramkových hodiniek a dokonca aj slnečné okuliare.

Solárne panely © Flickr / O`Connor College of Law Pix

Ale ako funkciu solárne panely? Ako je možné previesť energiu slnečného žiarenia na elektrinu?

základné princípy

Solárne panely sa skladajú z fotovoltaických článkov balených v spoločnom ráme. Každý z nich je vytvorený z polovodičového materiálu, ako je silikón, ktorý sa veľmi často používa v solárnych článkov.

Keď lúče dopadajú na polovodičových, ohriaty, čiastočne absorbujúce energiu. Prítok energia uvoľní elektróny vnútri polovodiče. Do fotobunky pripojené elektrické pole, ktoré smeruje voľné elektróny, čo spôsobuje ich pohyb v určitom smere. Tento tok elektrónov a vytvára elektrický prúd.

Video: Ako sa solárne panely práce. Ako zbierať solárne panely

Aplikujeme Ak kovové kontakty na hornej a spodnej fotobunky môže posielať výsledný prúd cez drôty a používať ho pre rôzne zariadenia. Intenzitu prúdu spolu s napätím bunky sa určí elektrickej energie vyrobenej fotobunky.

kremíka polovodiče

Zoberme si proces uvoľňovania elektrónov na príklad kremíka. Atóm kremíka má 14 elektróny v troch škrupín. Prvé dve škrupiny sú úplne vyplnené dvoma a ôsmich elektróny, v tomto poradí. Tretia plášť je polovica prázdny - má iba 4 elektróny.

Video: Ako solárne panely fungujú? TED Ed [v ruštine]

S tým má kryštalický kremík Vzorec snaží zaplniť medzeru v treťom plášťom, atómy kremíka sa snaží "zdieľať" elektróny so susedmi. Avšak kryštál kremíka v čistej forme - zlý vodič, pretože prakticky všetky jeho elektróny sedia pevne v kryštálovej mriežke.

Z tohto dôvodu, v solárnych článkov bez použitia čistého kremíka, a kryštály s malým množstvom, tj. E. atómy iných látok, sú zavedené do kremíka. Na milión atómov kremíka má iba jeden atóm, napríklad atóm fosforu.

V fosforu päť elektróny vo vonkajšom plášti. Štyri z týchto kryštalickej formy v dôsledku susedných atómov kremíka, ale piaty elektrón skutočne zostane "visieť" v priestore bez väzby so susednými atómami.

Keď sa kremíkové slnečné lúče klesať, jeho elektróny získať dodatočnú energiu, ktorá je dostatočná na to, oddeliť od zodpovedajúcich atómov. V dôsledku toho, že "diery" zostanú na svojom mieste. Uvoľnené elektróny putujú rovnaký mriežkoviny nosiča elektrického prúdu. Zápasia s ďalším "diery", ktoré ju naplniť.

Avšak, z čistého kremíka týchto voľných elektrónov, je príliš nízka vzhľadom k silnej väzby atómov v kryštálovej mriežke. Je to úplne iná vec - kremíka dopované fosforom. Pre uvoľnenie nenaviazaných elektróny atómov fosforu potrebné vyvinúť oveľa menšie množstvo energie.

Väčšina z týchto elektrónov stali voľné nosiče, ktoré môžu účinne sprievodcom a používané na výrobu elektriny. Proces pridávanie nečistôt pre zlepšenie chemických a fyzikálnych vlastností látky, sa nazýva dopovanie.

Fosfor dopovaného atómy kremíka stáva elektronicky n-polovodič typu (slovo «negatívny», pretože negatívneho náboja elektrónov).

Kremík sa tiež dopovaného bórom, ktorý má len tri elektróny v jeho vonkajšieho plášťa. Výsledkom je p-polovodič typu (od «pozitívny»), vyznačujúci sa tým, že sú prosté kladne nabitých "diery".

Nabíjačka Solar

Čo sa stane, keď skombinujete s n-polovodič typu s p-polovodič typu? Prvý z nich bol vytvorený veľa voľných elektrónov, a druhá - mnoho dier. Elektróny majú sklon, ako čo najrýchlejšie zaplniť dieru, ale ak áno, ako polovodič stal elektricky neutrálny.

Namiesto toho, keď prienik voľných elektrónov v polovodičovej oblasti p-typu na križovatke dvoch látok nabíjania pre vytvorenie bariéry, ktorá nemá pohybovať tak ľahko. Na rozhraní p-n prechodu elektrického poľa.

Slnečné svetlo energia každej fotónu je zvyčajne dosť pre uvoľnenie jedného elektrónu, a tým aj tvorbu jednej ďalšej diery. Ak k tomu dôjde u p-n prechodu, je elektrické pole na voľnom elektrónu vysiela n-stranu a otvor - na p-stranu.

To znamená, že rovnováha je narušená viac a, ak je aplikovaný na systéme, vonkajšieho elektrického poľa, voľné elektróny bude prúdiť v p-strane, aby zaplnil dieru, vytvára elektrický prúd.

Video: Ako funguje solárny článok

Bohužiaľ, kremík celkom dobre odráža svetlo, čo znamená, že podstatná časť fotónov stratil márne. Pre zníženie strát, solárne bunky potiahnuté antireflexnou vrstvou. A konečne, k ochrane solárneho článku pred dažďom a vetrom, ale tiež sa rozhodol pokryť skla.

Účinnosť súčasného solárnym faktorom nie je príliš vysoká. Väčšina z nich sú skutočne spracovávané 12 až 18 percent dopadajúceho na slnečné svetlo. Najlepšie vzorky prešli 40-percentný účinnosť bariéry.