Wie funktionieren Sonnenkollektoren?
Egal, ob auf einem solarbetriebenen Taschenrechner oder einer internationalen Raumstation, Solarmodule erzeugen Strom unter Verwendung der gleichen Elektronenprinzipien wie chemische Batterien oder Standard-Elektroauslinge. Bei Sonnenkollektoren dreht sich alles um den freien Elektronenfluss durch einen Stromkreis.
Um zu verstehen, wie Sonnenkollektoren elektrische Leistung erzeugen, kann es dazu beitragen, eine kurze Reise in die High -School -Chemieklasse zurückzulegen. Das Grundelement von Sonnenkollektoren ist das gleiche Element, das dazu beigetragen hat, die Computerrevolution zu erstellen - reines Silizium. Wenn das Silizium aller Verunreinigungen befreit wird, ist es eine ideale neutrale Plattform für die Übertragung von Elektronen. Silizium verfügt auch über einige Eigenschaften auf Atomebene, die es für die Schaffung von Sonnenkollektoren noch attraktiver machen. Dies bedeutet, dass es Platz für vier weitere Elektronen gibt. Wenn ein Siliziumatom ein anderes Siliziumatom kontaktiert, erhält jeder jeweilsdie vier Elektronen des anderen Atoms. Dies schafft eine starke Bindung, aber es gibt keine positive oder negative Ladung, da die acht Elektronen die Bedürfnisse der Atome erfüllen. Siliziumatome können jahrelang zu einem großen Stück reines Silizium kombiniert werden. Dieses Material wird verwendet, um die Platten von Sonnenkollektoren zu bilden.
Hier tritt die Wissenschaft in das Bild ein. Zwei Platten mit reinem Silizium würden in Sonnenkollektoren keinen Strom erzeugen, da sie keine positive oder negative Ladung haben. Solarmodule werden durch Kombinieren von Silizium mit anderen Elementen erzeugt, die positive oder negative Ladungen aufweisen.
Phosphor zum Beispiel hat fünf Elektronen, die anderen Atomen anbieten können. Wenn Silizium und Phosphor chemisch kombiniert werden, ist das Ergebnis stabile acht Elektronen mit einem zusätzlichen freien Elektron für die Fahrt. Es kann nicht gehen, weil es an die anderen Phosphoratome gebunden ist, aber es wird nicht vom Silizium benötigt. Daher wird diese neue Silizium-/Phosphorplatte als negativ geladen angesehen.
Um Strom zu fließen, muss auch eine positive Ladung erstellt werden. Dies wird in Sonnenkollektoren erreicht, indem Silizium mit einem Element wie Bor kombiniert wird und nur drei Elektronen zu bieten hat. Eine Silizium-/Borplatte hat noch einen Platz für ein anderes Elektron. Dies bedeutet, dass die Platte eine positive Ladung hat. Die beiden Teller sind in Sonnenkollektoren zusammengelegt, wobei leitfähige Drähte zwischen sich verlaufen.
Mit den beiden Platten ist es jetzt an der Zeit, den "Solar" -Aspekt von Sonnenkollektoren einzubringen. Das natürliche Sonnenlicht sendet viele verschiedene Energienpartikel aus, aber das, an dem wir am meisten interessiert sind, wird als Photon bezeichnet. Ein Photon wirkt sich im Wesentlichen wie ein bewegender Hammer. Wenn die negativen Platten von Solarzellen auf einen ordnungsgemäßen Winkel zur Sonne gerichtet sind, bombardieren Photonen die Silizium/Phosphor -Atome.
Irgendwann wird das 9. Elektron, das sowieso frei sein will, aus demAußenring. Dieses Elektron bleibt nicht lange frei, da die positive Silizium-/Borplatte es an den offenen Fleck auf einem eigenen Außenband zieht. Wenn die Photonen der Sonne mehr Elektronen abbrechen, wird Strom erzeugt. Der Strom, der von einer Solarzelle erzeugt wird, ist nicht sehr beeindruckend, aber wenn alle leitenden Drähte die freien Elektronen von den Platten abziehen, gibt es genügend Strom, um niedrige Strommotoren oder andere Elektronik zu locken. Was auch immer Elektronen nicht verwendet oder an der Luft verloren gehen, werden auf die negative Platte zurückgegeben und der gesamte Prozess beginnt wieder.
Eines der Hauptprobleme bei der Verwendung von Sonnenkollektoren ist die geringe Menge an Strom, die sie im Vergleich zu ihrer Größe erzeugen. Ein Taschenrechner benötigt möglicherweise nur eine einzelne Solarzelle, aber ein solarbetriebenes Auto würde mehrere Tausend benötigen. Wenn sich der Winkel der Sonnenkollektoren sogar geringfügig verändert, kann der Effizienz um 50 Prozent sinken.
Ein gewisses Strom von Sonnenkollektoren kann in chemischen Batterien gelagert werden, aber daNormalerweise ist in erster Linie nicht viel überschüssig. Das gleiche Sonnenlicht, das Photonen liefert, liefert auch destruktivere ultraviolette und Infrarotwellen, die schließlich dazu führen, dass sich die Panels physisch verschlechtern. Die Panels müssen auch destruktiven Wetterelementen ausgesetzt sein, was auch die Effizienz auch ernsthaft beeinflussen kann.
Viele Quellen bezeichnen auch Sonnenkollektoren als Photovoltaikzellen, die die Bedeutung von Licht (Fotos) für die Erzeugung von elektrischer Spannung verweisen. Die Herausforderung für zukünftige Wissenschaftler besteht darin, effizientere Sonnenkollektoren für praktische Anwendungen zu schaffen und leistungsfähig genug, um überschüssige Energie für Zeiten zu schaffen, in denen Sonnenlicht nicht verfügbar ist.