Hur fungerar solpaneler?
Oavsett om det är en solenergidriven kalkylator eller en internationell rymdstation, producerar solpaneler el med samma principer för elektronik som kemiska batterier eller standarduttag. Med solpaneler handlar det om det fria flödet av elektroner genom en krets.
För att förstå hur solpaneler genererar elektrisk energi kan det hjälpa dig att ta en snabb resa tillbaka till gymnasiet kemiklass. Det grundläggande elementet i solpaneler är samma element som hjälpte till att skapa datorrevolutionen - rent kisel. När kisel avlägsnas från alla föroreningar är det en idealisk neutral plattform för överföring av elektroner. Kisel har också vissa atomnivåegenskaper som gör det ännu mer attraktivt för skapandet av solpaneler.
Kiselatomer har plats för åtta elektroner i sina yttre band, men har bara fyra i sitt naturliga tillstånd. Det betyder att det finns plats för fyra elektroner till. Om en kiselatom kommer i kontakt med en annan kiselatom får var och en den andra atomens fyra elektroner. Detta skapar en stark bindning, men det finns ingen positiv eller negativ laddning eftersom de åtta elektronerna tillfredsställer atomernas behov. Kiselatomer kan kombineras i flera år och resultera i en stor bit ren kisel. Detta material används för att bilda plattorna på solpaneler.
Här kommer vetenskapen in i bilden. Två plattor av 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 stabila åtta elektroner med en extra fri elektron med på resan. Det kan inte lämna, för det är bundet till de andra fosforatomerna, men det behövs inte av kisel. Därför anses denna nya kisel / fosforplatta vara negativt laddad.
För att el ska flöda måste också en positiv laddning 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 betyder att plattan har en positiv laddning. De två plattorna är fastade i solpaneler med ledande ledningar som löper mellan dem.
Med de två plattorna på plats är det nu dags att få in den "sol" -aspekten för solpaneler. Naturligt solljus sänder ut många olika energipartiklar, men den vi är mest intresserad av kallas en foton. En foton fungerar i huvudsak som en rörlig hammare. När de negativa plattorna i solcellerna pekas i rätt vinkel mot solen bombarderar fotoner kisel- / fosforatomerna.
Så småningom slås den nionde elektronen, som ändå vill vara fri, av den yttre ringen. Denna elektron förblir inte fri så 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 el. Elektriciteten som genereras av en solcell är inte så imponerande, men när alla ledande ledningar drar bort de fria elektronerna från plattorna finns det tillräckligt med el för att driva motorer med låg strömstyrka eller annan elektronik. Oavsett elektroner som inte används eller förloras i luften återförs till negativplattan och hela processen börjar igen.
Ett av de största problemen med att använda solpaneler är den lilla mängden el de genererar jämfört med deras storlek. En kalkylator kanske bara kräver en enda solcell, men en solenergidriven bil skulle kräva flera tusen. Om solpanelens vinkel ändras till och med något kan effektiviteten sjunka 50 procent.
En del kraft från solpaneler kan lagras i kemiska batterier, men det är vanligtvis inte mycket överskottskraft i första hand. Samma solljus som tillhandahåller fotoner ger också mer destruktiva ultravioletta och infraröda vågor, som så småningom får panelerna att brytas ned fysiskt. Panelerna måste också utsättas för destruktiva väderelement, vilket också kan påverka effektiviteten allvarligt.
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 mer effektiva solpaneler som är tillräckligt små för praktiska tillämpningar och tillräckligt kraftfulla för att skapa överskott av energi under tider då solljus inte finns tillgängligt.