Hoe werken zonnepanelen?

Of het nu gaat om een ​​calculator op zonne-energie of een internationaal ruimtestation, zonnepanelen genereren elektriciteit met dezelfde principes van elektronica als chemische batterijen of standaard elektrische stopcontacten. Met zonnepanelen draait het allemaal om de vrije stroom van elektronen door een circuit.

Om te begrijpen hoe zonnepanelen elektrisch vermogen genereren, kan het helpen om een ​​snelle reis terug te maken naar de chemie van de middelbare school. Het basiselement van zonnepanelen is hetzelfde element dat heeft bijgedragen aan het creëren van de computerrevolutie - puur silicium. Wanneer silicium van alle onzuiverheden wordt ontdaan, is het een ideaal neutraal platform voor de transmissie van elektronen. Silicium heeft ook een aantal eigenschappen op atoomniveau die het nog aantrekkelijker maken voor het creëren van zonnepanelen.

Siliciumatomen hebben ruimte voor acht elektronen in hun buitenbanden, maar slechts vier in hun natuurlijke toestand dragen. Dit betekent dat er ruimte is voor vier meer elektronen. Als het ene siliciumatoom contact maakt met een ander siliciumatoom, ontvangt elk elkDe vier elektronen van het andere atoom. Dit creëert een sterke binding, maar er is geen positieve of negatieve lading omdat de acht elektronen voldoen aan de behoeften van de atomen. Siliciumatomen kunnen jarenlang combineren om te resulteren in een groot stuk puur silicium. Dit materiaal wordt gebruikt om de platen van zonnepanelen te vormen.

Hier komt de wetenschap in beeld. Twee platen van zuiver silicium zouden geen elektriciteit in zonnepanelen genereren, omdat ze geen positieve of negatieve lading hebben. Zonnepanelen worden gemaakt door silicium te combineren met andere elementen die positieve of negatieve ladingen hebben.

fosfor heeft bijvoorbeeld vijf elektronen te bieden aan andere atomen. Als silicium en fosfor chemisch worden gecombineerd, is het resultaat een stabiele acht elektronen met een extra gratis elektron mee voor de rit. Het kan niet vertrekken, omdat het is gebonden aan de andere fosforatomen, maar het is niet nodig door het silicium. Daarom wordt deze nieuwe silicium/fosforplaat beschouwd als negatief geladen.

Om elektriciteit te laten stromen, moet ook een positieve lading worden gemaakt. Dit wordt bereikt in zonnepanelen door silicium te combineren met een element zoals boor, dat slechts drie elektronen te bieden heeft. Een silicium/boorplaat heeft nog steeds de ene plek over voor een ander elektron. Dit betekent dat de plaat een positieve lading heeft. De twee borden zijn samen ingeklemd in zonnepanelen, met geleidende draden die ertussen lopen.

Met de twee platen op hun plaats, is het nu tijd om het 'zonne -aspect van zonnepanelen binnen te brengen. Natural Sunlight stuurt veel verschillende energiebehandelingsdeeltjes, maar degene waarin we het meest geïnteresseerd zijn, wordt een foton genoemd. Een foton werkt in wezen als een bewegende hamer. Wanneer de negatieve platen van zonnecellen onder een juiste hoek ten opzichte van de zon worden gericht, bombarderen fotonen de silicium/fosforatomen.

Uiteindelijk wordt het 9e elektron, dat toch vrij wil zijn, van debuitenring. Dit elektron blijft niet lang vrij, omdat de positieve silicium/boorplaat het op zijn eigen buitenband in de open plek trekt. Naarmate de fotonen van de zon meer elektronen afbreken, wordt elektriciteit gegenereerd. De elektriciteit die door één zonnecel wordt gegenereerd, is niet erg indrukwekkend, maar wanneer alle geleidende draden de vrije elektronen wegtrekken van de platen, is er voldoende elektriciteit om lage stroomsterkmotoren of andere elektronica te voeden. Welke elektronen niet worden gebruikt of verloren aan de lucht worden teruggebracht naar de negatieve plaat en het hele proces begint opnieuw.

Een van de belangrijkste problemen met het gebruik van zonnepanelen is de kleine hoeveelheid elektriciteit die ze genereren in vergelijking met hun grootte. Een rekenmachine vereist misschien slechts één zonnecel, maar een auto met zonne-energie zou enkele duizenden vereisen. Als de hoek van de zonnepanelen zelfs enigszins wordt gewijzigd, kan de efficiëntie met 50 procent dalen.

Sommige kracht van zonnepanelen kan worden opgeslagen in chemische batterijen, maar daarMeestal is in de eerste plaats meestal niet veel overtollig. Hetzelfde zonlicht dat fotonen levert, biedt ook meer destructievere ultraviolette en infraroodgolven, waardoor de panelen uiteindelijk fysiek worden afgebroken. De panelen moeten ook worden blootgesteld aan destructieve weerelementen, die ook de efficiëntie ernstig kunnen beïnvloeden.

Veel bronnen verwijzen ook naar zonnepanelen als fotovoltaïsche cellen, die verwijst naar het belang van licht (foto's) bij het genereren van elektrische spanning. De uitdaging voor toekomstige wetenschappers zal zijn om efficiëntere zonnepanelen te creëren die klein genoeg zijn voor praktische toepassingen en krachtig genoeg om overtollige energie te creëren voor tijden dat zonlicht niet beschikbaar is.