Güneş enerjisiyle çalışan bir hesap makinesinde veya uluslararası bir uzay istasyonunda olsun, güneş panelleri kimyasal piller veya standart elektrik prizleriyle aynı elektronik ilkeleri kullanarak elektrik üretir. Güneş panelleri ile elektronların bir devre boyunca serbest dolaşımıyla ilgilidir.
Güneş panellerinin nasıl elektrik enerjisi ürettiğini anlamak, lise kimya dersine hızlı bir şekilde geri dönmeye yardımcı olabilir. Güneş panellerinin temel elemanı, bilgisayar devrimi yaratmaya yardımcı olan aynı elementtir - saf silikon. Silikon tüm safsızlıklardan sıyrıldığında, elektronların iletimi için ideal bir nötr platform yapar. Silisyum ayrıca güneş panelleri oluşturmak için onu daha da çekici kılan bazı atom seviyesi özelliklere sahiptir.
Silisyum atomlarının dış bantlarında sekiz elektron için yer vardır, ancak yalnızca doğal hallerinde dört tane taşırlar. Bu, dört elektron için daha fazla yer olduğu anlamına gelir. Bir silikon atomunun bir başka silikon atomuna temas etmesi durumunda, her biri diğer atomun dört elektronunu alır. Bu güçlü bir bağ oluşturur, ancak pozitif veya negatif yük yoktur, çünkü sekiz elektron atomların ihtiyaçlarını karşılar. Silisyum atomları yıllarca birleşerek saf bir silikon parçasına yol açabilir. Bu malzeme güneş panellerinin plakalarını oluşturmak için kullanılır.
İşte bilim resmin içine girdiği yer. İki panel saf silikon güneş panellerinde elektrik üretmez, çünkü pozitif veya negatif yükleri yoktur. Güneş panelleri, silikonu pozitif veya negatif yükleri olan diğer elementlerle birleştirerek oluşturulur.
Örneğin, fosforun diğer atomlara verebileceği beş elektronu vardır. Silisyum ve fosfor kimyasal olarak birleştirilirse, sonuç sürüş boyunca ek bir serbest elektron olan kararlı bir sekiz elektrondur. Ayrılamıyor, çünkü diğer fosfor atomlarına bağlı, ancak silikon tarafından gerekli değil. Bu nedenle, bu yeni silikon / fosfor plakasının negatif yüklü olduğu düşünülmektedir.
Elektriğin akması için pozitif bir şarj da yaratılmalıdır. Bu, güneş panellerinde, silikonu yalnızca üç elektronu olan bor gibi bir element ile birleştirerek elde edilir. Bir silikon / bor plakası, başka bir elektron için hala bir nokta bırakmıştır. Bu, plakanın pozitif bir yüke sahip olduğu anlamına gelir. İki plaka güneş panellerinde birbirine geçirilir ve aralarında iletken teller bulunur.
İki plaka yerinde iken, şimdi güneş panellerinin 'güneş' yönünü getirmenin zamanı geldi. Doğal güneş ışığı birçok farklı enerji parçasını gönderir, ancak en çok ilgilendiğimiz nokta foton olarak adlandırılır. Bir foton esasen hareketli bir çekiç gibi davranır. Güneş hücrelerinin negatif plakaları güneşe uygun bir açıyla işaret edildiğinde, fotonlar silikon / fosfor atomlarını bombalar.
Sonunda, yine de serbest olmak isteyen 9. elektron dış halkasından atılır. Bu elektron uzun süre serbest kalmaz, çünkü pozitif silikon / bor plakası onu kendi dış bandında açık noktaya çeker. Güneş fotonları daha fazla elektron kırdıkça, elektrik üretilir. Bir güneş pili tarafından üretilen elektrik çok etkileyici değildir, ancak tüm iletken teller serbest elektronları plakalardan uzağa çektiğinde, düşük amper motorlarını veya diğer elektronik cihazları çalıştırmak için yeterli elektrik vardır. Kullanılmayan veya havaya kaybedilen elektronlar negatif plakaya geri gönderilir ve tüm işlem tekrar başlar.
Güneş panellerinin kullanımındaki ana sorunlardan biri, boyutlarına göre ürettikleri az miktarda elektriktir. Bir hesap makinesi yalnızca tek bir güneş hücresi gerektirebilir, ancak güneş enerjisiyle çalışan bir araba birkaç bin gerektirir. Güneş panellerinin açısı az da olsa değişirse, verim yüzde 50 düşebilir.
Güneş panellerinden gelen bazı güçler kimyasal pillerde saklanabilir, ancak genellikle ilk etapta çok fazla güç yoktur. Fotonlar sağlayan aynı güneş ışığı, panellerin fiziksel olarak bozulmasına neden olan daha yıkıcı ultraviyole ve kızılötesi dalgalar da sağlar. Paneller aynı zamanda verimliliği ciddi şekilde etkileyebilecek yıkıcı hava elementlerine de maruz kalmalıdır.
Birçok kaynak güneş panellerini, elektrik voltajı oluşumunda ışığın (fotoğrafların) önemine işaret eden fotovoltaik hücreler olarak adlandırır. Gelecekteki bilim adamları için zorluk, daha verimli güneş panelleri oluşturmak olacak pratik uygulamalar için yeterince küçük ve güneş ışığı bulunmadığı zamanlarda fazla enerji üretebilecek kadar güçlü.
