Jak fungují solární panely?
Ať už na solární kalkulačce nebo na mezinárodní vesmírné stanici, solární panely vytvářejí elektřinu pomocí stejných principů elektroniky jako chemické baterie nebo standardní elektrické zásuvky. U solárních panelů je to všechno o volném toku elektronů přes obvod.
Abychom pochopili, jak solární panely generují elektrickou energii, může to pomoci rychle se vydat zpět na třídu chemie na střední škole. Základní prvek solárních panelů je stejný prvek, který pomohl vytvořit počítačovou revoluci - čistý křemík. Když je křemík zbaven všech nečistot, vytváří ideální neutrální platformu pro přenos elektronů. Křemík má také některé vlastnosti na atomové úrovni, díky nimž je ještě atraktivnější pro vytváření solárních panelů. To znamená, že existuje prostor pro další čtyři elektrony. Pokud jeden atom křemíku kontaktuje jiný atom křemíku, každý přijímáČtyři elektrony atomu. To vytváří silnou vazbu, ale neexistuje žádný pozitivní nebo negativní náboj, protože osm elektronů splňuje potřeby atomů. Atomy křemíku se mohou po léta kombinovat, aby vyústily v velký kus čistého křemíku. Tento materiál se používá k vytvoření destiček solárních panelů.
Zde je místo, kde věda vstupuje do obrázku. Dvě desky čistého křemíku by nevytvořily elektřinu v solárních panelech, protože nemají žádný pozitivní nebo záporné náboje. Solární panely jsou vytvářeny kombinací křemíku s jinými prvky, které mají pozitivní nebo negativní náboje.
fosfor například má pět elektronů, které nabízí jiným atomům. Pokud jsou křemík a fosfor chemicky kombinovány, výsledkem je stabilní osm elektronů s dalším volným elektronem pro jízdu. Může to odejít, protože je spojeno s ostatními atomy fosforu, ale není potřeba křemíkem. Proto je tato nová destička křemíku/fosforu považována za negativně nabité.
Aby mohla elektřina proudit, musí být vytvořen také kladný náboj. Toho je dosaženo v solárních panelech kombinováním křemíku s prvkem, jako je BORON, který má pouze tři elektrony. Křemík/boronová deska má stále jedno místo pro jiný elektron. To znamená, že deska má kladný náboj. Obě desky jsou sendvičovány dohromady do solárních panelů, mezi nimi běží vodivé dráty.
S oběma deskami na místě je nyní čas přivést „sluneční“ aspekt solárních panelů. Přirozené sluneční světlo vysílá mnoho různých částic energie, ale ten, o který nás nejvíce zajímá, se nazývá foton. Foton v podstatě působí jako pohyblivé kladivo. Když jsou negativní desky solárních článků směřovány na správný úhel na slunce, fotony bombardují atomy křemíku/fosforu.
Nakonec je 9. elektron, který chce být stejně svobodný, sražen zVnější prsten. Tento elektron nezůstane dlouho volný, protože pozitivní deska na křemíku/boru ji přitahuje na otevřené místo na svém vlastním vnějším pásmu. Když sluneční fotony rozbijí více elektronů, vygeneruje se elektřina. Elektřina generovaná jednou solárním článkem není příliš působivá, ale když všechny vodivé dráty odtahují volné elektrony od desek, je dostatek elektřiny pro napájení nízkoprůhledných motorů nebo jiné elektroniky. Jakékoli elektrony nejsou použity nebo ztraceny vzduchem, jsou vráceny na zápornou desku a celý proces začíná znovu.
Jedním z hlavních problémů s používáním solárních panelů je malé množství elektřiny, kterou vyrábějí ve srovnání s jejich velikostí. Kalkulačka může vyžadovat pouze jediný solární článek, ale solární auto by vyžadovalo několik tisíc. Pokud se úhel solárních panelů změní i mírně, účinnost může klesnout o 50 procent.
Některé napájení ze solárních panelů lze uložit do chemických baterií, ale tamObvykle není na prvním místě moc nadměrná síla. Stejné sluneční světlo, které poskytuje fotony, také poskytuje destruktivnější ultrafialové a infračervené vlny, které nakonec způsobují fyzicky degradaci panelů. Panely musí být také vystaveny destruktivním povětrnostním prvkům, které mohou také vážně ovlivnit účinnost.
Mnoho zdrojů také odkazuje na solární panely jako fotovoltaické buňky, které odkazují na důležitost světla (fotografie) při generování elektrického napětí. Výzvou pro budoucí vědce bude vytvořit efektivnější solární panely, jsou dostatečně malé pro praktické aplikace a dostatečně silné, aby vytvořily přebytečnou energii pro časy, kdy sluneční světlo není k dispozici.