ソーラーパネルはどのように機能しますか？

ソーラー駆動の計算機または国際宇宙ステーションの場合でも、ソーラーパネルは、化学バッテリーや標準的な電気コンセントと同じ電子機器を使用して電力を生成します。 ソーラーパネルを使用すると、回路を通る電子の自由流がすべてです。

ソーラーパネルが電力を生成する方法を理解するために、高校の化学クラスに戻るのに役立つかもしれません。 ソーラーパネルの基本的な要素は、コンピューター革命の作成に役立ったのと同じ要素である純粋なシリコンです。 シリコンにすべての不純物が剥がされると、電子の伝達に理想的なニュートラルなプラットフォームになります。 シリコンには、ソーラーパネルの作成にとってさらに魅力的な原子レベルの特性もあります。 これは、さらに4つの電子の余地があることを意味します。 あるシリコン原子が別のシリコン原子に接触すると、それぞれが受信します他の原子の4つの電子。 これは強い結合を生み出しますが、8つの電子が原子のニーズを満たすため、正または負の電荷はありません。 シリコン原子は何年もの間結合して、純粋なシリコンの大きな部分をもたらすことができます。 この材料は、ソーラーパネルのプレートを形成するために使用されます。

ここが科学が写真に入る場所です。 純粋なシリコンの2つのプレートは、正または負の電荷がないため、ソーラーパネルで電力を生成しません。 ソーラーパネルは、シリコンと正または負の電荷がある他の要素を組み合わせることによって作成されます。

たとえば、

リンには、他の原子に提供する5つの電子があります。 シリコンとリンが化学的に組み合わされている場合、結果は安定した8つの電子で、乗車用に追加の自由電子があります。 他のリン原子に結合しているため、出発できますが、シリコンには必要ではありません。 したがって、この新しいシリコン/リンプレートは負に帯電していると見なされます。

電気が流れるためには、正電荷も作成する必要があります。 これは、シリコンと、提供する3つの電子しかないホウ素などの要素を組み合わせることにより、ソーラーパネルで実現されます。 シリコン/ホウ素プレートには、別の電子に1つのスポットが残っています。これは、プレートに正の電荷があることを意味します。 2つのプレートはソーラーパネルに挟まれており、導電性ワイヤがそれらの間を走っています。

2つのプレートを所定の位置に置いて、今度はソーラーパネルの「ソーラー」の側面を取り入れる時が来ました。 自然の日光は多くの異なるエネルギーの粒子を送り出しますが、私たちが最も興味を持っているものは光子と呼ばれます。 光子は本質的に動いているハンマーのように機能します。 太陽電池の陰性プレートが太陽に対して適切な角度に向けられている場合、光子はシリコン/リン原子を爆撃します。

最終的に、とにかく自由になりたい9番目の電子は、アウターリング。 ポジティブなシリコン/ホウ素プレートが独自の外側のバンドのオープンスポットに引き込まれるため、この電子は長い間自由に留まりません。 太陽の光子がより多くの電子を壊すと、電気が生成されます。 1つの太陽電池によって生成される電気はそれほど印象的ではありませんが、すべての導電性ワイヤがプレートから自由電子を引き離すと、低アンペアモーターまたは他の電子機器に電力を供給するのに十分な電気があります。 電子が使用されていないか、空気に失われていないものは、ネガティブプレートに戻され、プロセス全体が再び始まります。

ソーラーパネルの使用に関する主な問題の1つは、サイズと比較して生成する電気の少量です。 計算機には単一の太陽電池のみが必要になる場合がありますが、太陽電池車には数千人が必要です。 ソーラーパネルの角度がわずかに変更されると、効率が50％低下する可能性があります。

ソーラーパネルからの一部の電力は化学バッテリーに保管できますが、そこに通常、そもそもそれほど過剰な電力ではありません。 光子を提供する同じ日光は、より破壊的な紫外線と赤外線波を提供し、最終的にパネルを物理的に劣化させます。 また、パネルは破壊的な気象要素にさらされる必要があります。これは、効率に深刻な影響を与える可能性があります。

多くのソースは、太陽光発電パネルを太陽電池と呼んでおり、電圧の生成における光（写真）の重要性を参照しています。 将来の科学者にとっての課題は、より効率的なソーラーパネルを作成することは、実用的な用途に十分なほど小さく、日光が利用できない場合に過剰なエネルギーを作成するのに十分なほど強力であることです。