Co to jest efekt fotowoltaiczny?
Efekt fotowoltaiczny to proces, w którym powstaje prąd elektryczny w postaci napięcia, gdy promieniowanie elektromagnetyczne zostanie wystawione na działanie określonego materiału. Za pomocą ogniw słonecznych efekt fotowoltaiczny występuje, gdy bardzo krótkie długości fal słonecznych wpływają na materię i elektrony się wzbudzają. Promieniowanie elektromagnetyczne jest emitowane z panelu słonecznego i gromadzone przez inny materiał. Wyrzucenie elektronów powoduje wzrost napięcia wytwarzającego energię, która może być przechowywana w ogniwie akumulatorowym do późniejszego wykorzystania. Dwie elektrody są wykorzystywane do gromadzenia napięcia, które można przenieść do sieci energetycznej.
Różne rodzaje promieniowania elektromagnetycznego powodują różne poziomy ekspozycji w ogniwach słonecznych w wyniku częstotliwości. Światło widzialne tworzy efekt fotowoltaiczny, gdy uderza w metale alkaliczne, światło ultrafioletowe tworzy je w innych metalach, a ekstremalne światło ultrafioletowe jest stosowane w przypadku niemetali. Koncepcję tę po raz pierwszy zaobserwował w 1902 r. Philipp Eduard Anton von Lenard, gdy odkrył, że różne kolory światła, znane również jako częstotliwość, emitują różne poziomy elektronów. Wcześniej falowa teoria światła Jamesa Clerk Maxwella stwierdziła, że intensywność promieniowania wytworzyłaby proporcjonalną energię elektronową. Ta nowa teoria wyjaśniła, że fotony były odpowiedzialne za tworzenie wyrzutu elektronów i działały raczej jako pojedyncze cząstki niż fale stałe.
Fizyk AE Becquerel rozpoznał koncepcję słonecznego efektu fotowoltaicznego w 1839 roku, ale jego zrozumienie było ograniczone. W 1883 roku Charles Fritts skonstruował pierwsze ogniwo słoneczne, używając półprzewodnika selenowego pokrytego cienką warstwą złota. Pierwsze użycie ogniwa słonecznego było wydajne tylko w jednym procencie. Dopiero w 1954 roku Bell Laboratories opracował praktyczny sposób wykorzystania energii słonecznej.
Sposób wykorzystania efektu fotowoltaicznego za pomocą ogniw słonecznych jest bardzo prosty. Zasadniczo fotony ze słońca wpływają na panel słoneczny i są absorbowane przez materiał. Ujemnie naładowane elektrony w materiale są odrzucane z atomów, które następnie wytwarzają elektryczność. Sytuacja ta jest kontrolowana przez umożliwienie elektronom poruszania się w panelu tylko w jednym kierunku, powodując działanie odwrotne, w którym dodatnio naładowane cząstki przepływają w przeciwnym kierunku. Przy obu tych działaniach prąd elektryczny może zostać wykorzystany w reakcji elektromagnetycznej.
Efekt fotowoltaiczny jest niezbędny w wielu procesach we współczesnym życiu. Oprócz wytwarzania energii do ogólnych celów, ogniwa słoneczne są niezbędne dla statków kosmicznych wykorzystywanych przez NASA i inne agencje kosmiczne. Ponadto zasady tej technologii są wykorzystywane w aparatach cyfrowych w postaci urządzeń sprzężonych z ładunkiem, a także elektroskopów identyfikujących elektryczność statyczną.