Hvordan fungerer solcellepaneler?

Enten på en solcelledrevet kalkulator eller en internasjonal romstasjon, genererer solcellepaneler elektrisitet ved å bruke de samme prinsippene for elektronikk som kjemiske batterier eller standard elektriske utsalgssteder. Med solcellepaneler handler det om den frie strømmen av elektroner gjennom en krets.

For å forstå hvordan solcellepaneler genererer elektrisk kraft, kan det hjelpe å ta en rask tur tilbake til kjemi -klassen på videregående skole. Det grunnleggende elementet i solcellepaneler er det samme elementet som bidro til å skape datamaskinrevolusjonen - rent silisium. Når silisium blir frastjålet alle urenheter, gjør det en ideell nøytral plattform for overføring av elektroner. Silisium har også noen egenskaper på atomnivå som gjør det enda mer attraktivt for å lage solcellepaneler.

Silisiumatomer har plass til åtte elektroner i sine ytre bånd, men har bare fire i sin naturlige tilstand. Dette betyr at det er plass til fire elektroner til. Hvis ett silisiumatom kontakter et annet silisiumatom, mottar hverDet andre atomets fire elektroner. Dette skaper en sterk binding, men det er ingen positiv eller negativ ladning fordi de åtte elektronene tilfredsstiller atomenes behov. Silisiumatomer kan kombinere i år for å resultere i et stort stykke rent silisium. Dette materialet brukes til å danne platene til solcellepaneler.

Her er hvor vitenskap kommer inn i bildet. To plater med rent silisium ville ikke generere strøm i solcellepaneler, fordi de ikke har noen positiv eller negativ ladning. Solcellepaneler opprettes ved å kombinere silisium med andre elementer som har positive eller negative ladninger.

Fosfor har for eksempel fem elektroner å tilby andre atomer. Hvis silisium og fosfor kombineres kjemisk, er resultatet et stabilt åtte elektroner med et ekstra gratis elektron med for turen. Det kan ikke forlate, fordi det er bundet til de andre fosforatomene, men det er ikke nødvendig av silisium. Derfor anses denne nye silisium/fosforplaten å være negativt ladet.

For at strøm skal strømme, må det også opprettes en positiv lading. Dette oppnås i solcellepaneler ved å kombinere silisium med et element som bor, som bare har tre elektroner å tilby. En silisium/borplate har fremdeles ett sted igjen for et annet elektron. Dette betyr at platen har en positiv ladning. De to platene er klemt sammen i solcellepaneler, med ledende ledninger som løper mellom seg.

Med de to platene på plass, er det nå på tide å få inn "solcelle" -aspektet av solcellepaneler. Naturlig sollys sender ut mange forskjellige partikler av energi, men den vi er mest interessert i, kalles et foton. Et foton fungerer egentlig som en bevegelig hammer. Når de negative platene til solceller er pekt i en riktig vinkel mot solen, bombarderer fotoner silisium/fosforatomer.

Etter hvert blir det 9. elektron, som vil være gratis uansett, slått avytre ring. Dette elektronet forblir ikke gratis, siden den positive silisium/borplaten trekker det inn i det åpne stedet på sitt eget ytre bånd. Når solens fotoner bryter av flere elektroner, genereres strøm. Elektrisiteten som genereres av en solcelle er ikke veldig imponerende, men når alle de ledende ledningene trekker de frie elektronene bort fra platene, er det nok strøm til å drive lav amperingsmotorer eller annen elektronikk. Uansett hvilke elektroner som ikke er brukt eller tapt til luften, blir returnert til den negative platen, og hele prosessen begynner igjen.

Et av hovedproblemene med å bruke solcellepaneler er den lille mengden strøm de genererer sammenlignet med størrelsen. En kalkulator krever kanskje bare en enkelt solcelle, men en solcelledrevet bil vil kreve flere tusen. Hvis vinkelen på solcellepanelene endres til og med litt, kan effektiviteten falle 50 prosent.

Noe strøm fra solcellepaneler kan lagres i kjemiske batterier, men derVanligvis er ikke mye overflødig kraft i utgangspunktet. Det samme sollyset som gir fotoner gir også mer ødeleggende ultrafiolett og infrarøde bølger, som til slutt får panelene til å nedbryte fysisk. Panelene må også bli utsatt for destruktive værelementer, noe som også alvorlig kan påvirke effektiviteten.

Mange kilder omtaler også solcellepaneler som solcelleceller, som refererer til viktigheten av lys (bilder) i generering av elektrisk spenning. Utfordringen for fremtidige forskere vil være å lage mer effektive solcellepaneler er små nok til praktiske anvendelser og kraftige nok til å skape overflødig energi for tider når sollys ikke er tilgjengelig.