Hur fungerar solpaneler?
Oavsett om det är på en solenergidalkylator eller en internationell rymdstation, genererar solpaneler elektricitet med samma principer för elektronik som kemiska batterier eller standardelektriska uttag. Med solpaneler handlar det om det fria flödet av elektroner genom en krets.
För att förstå hur solpaneler genererar elektrisk kraft, kan det hjälpa till att ta en snabb resa tillbaka till gymnasiet. Det grundläggande elementet i solpaneler är samma element som hjälpte till att skapa datorrevolutionen - rent kisel. När kisel avskaffas av alla föroreningar gör det en idealisk neutral plattform för överföring av elektroner. Kisel har också några egenskaper på atomnivå som gör det ännu mer attraktivt för skapandet av solpaneler.
kiselatomer har plats för åtta elektroner i sina yttre band, men bär bara fyra i sitt naturliga tillstånd. Detta innebär att det finns plats för ytterligare fyra elektroner. Om en kiselatom kontaktar en annan kiselatom, får var och enden andra Atoms fyra elektroner. Detta skapar en stark bindning, men det finns ingen positiv eller negativ laddning eftersom de åtta elektronerna tillfredsställer atomerna. Kiselatomer kan kombineras i flera år för att resultera i en stor bit ren kisel. Detta material används för att bilda plattorna för solpaneler.
Här är vetenskapen in i bilden. Två plattor med rent kisel skulle inte generera elektricitet i solpaneler, eftersom de inte har någon positiv eller negativ laddning. Solpaneler skapas genom att kombinera kisel med andra element som har positiva eller negativa laddningar.
fosfor har till exempel fem elektroner att erbjuda andra atomer. Om kisel och fosfor kombineras kemiskt, är resultatet en stabil åtta elektroner med en extra gratis elektron längs resan. Det kan inte lämna, eftersom det är bundet till de andra fosforatomerna, men det behövs inte av kiseln. Därför anses denna nya kisel/fosforplatta vara negativt laddad.
För att elektricitet ska flyta måste en positiv laddning också skapas. Detta uppnås i solpaneler genom att kombinera kisel med ett element som bor, som bara har tre elektroner att erbjuda. En kisel/borplatta har fortfarande en plats kvar för en annan elektron. Detta innebär att plattan har en positiv laddning. De två plattorna är inklämda i solpaneler, med ledande ledningar som går mellan dem.
Med de två plattorna på plats är det nu dags att ta in den "solenergi" -aspekten av solpaneler. Naturligt solljus skickar ut många olika partiklar av energi, men den vi är mest intresserad av kallas en foton. En foton fungerar i huvudsak som en rörlig hammare. När de negativa plattorna med solceller pekas i en korrekt vinkel mot solen, bombarderar fotoner kisel-/fosforatomerna.
så småningom slås den nionde elektronen, som vill vara fri ändå, avyttre ring. Denna elektron förblir inte fri länge, eftersom den positiva kisel/borplattan drar den in i den öppna platsen på sitt eget yttre band. När solens fotoner bryter av fler elektroner genereras elektricitet. Den elektricitet som genereras av en solcell är inte särskilt imponerande, men när alla ledande ledningar drar de fria elektronerna bort från plattorna finns det tillräckligt med elektricitet för att driva lågströmmotorer eller annan elektronik. Oavsett vilka elektroner som inte används eller förloras i luften återförs till den negativa plattan och hela processen börjar igen.
Ett av de viktigaste problemen med att använda solpaneler är den lilla mängden el som de genererar jämfört med sin storlek. En räknare kan bara kräva en enda solcell, men en solenergidriven bil kräver flera tusen. Om solpanelernas vinkel ändras till och med något kan effektiviteten sjunka 50 procent.
En del kraft från solpaneler kan förvaras i kemiska batterier, men därVanligtvis är inte mycket överskottskraft i första hand. Samma solljus som ger fotoner ger också mer destruktiva ultravioletta och infraröda vågor, vilket så småningom får panelerna att försämras fysiskt. Panelerna måste också utsättas för destruktiva väderelement, som också allvarligt kan påverka effektiviteten.
Många källor hänvisar också till solpaneler som fotovoltaiska celler, som hänvisar till vikten av ljus (foton) vid generering av elektrisk spänning. Utmaningen för framtida forskare kommer att vara att skapa effektivare solpaneler är tillräckligt små för praktiska tillämpningar och tillräckligt kraftfulla för att skapa överskott av energi för tider då solljus inte är tillgängligt.