Jedan od najvažnijih procesa u svijetu solarna energija je fotonaponski efekat. To je fotoelektrični efekt u kojem se stvara električna struja koja putuje od jednog komada do drugog izrađenog od različitih materijala. Ovi materijali su izloženi sunčevoj svjetlosti ili elektromagnetnom zračenju. Ovaj efekt je osnovni u proizvodnji električne energije iz fotonaponskih ćelija solarnih panela.
Ako želite znati kako rade solarni paneli i kakav je fotonaponski efekt, ovo je vaš post 🙂
Koji je fotonaponski efekt?
Kada koristimo solarni panel za dobivanje električne energije, ono što mi koristimo je energija koju čestice sunčevog zračenja moraju pretvoriti u korisnu električnu energiju za naš dom. Fotonaponske ćelije su poluvodički uređaji koji se uglavnom sastoje od silicija. Ove fotonaponske ćelije imaju neke nečistoće iz drugih hemijskih elemenata. Međutim, silicij se pokušava biti što jebenije moguće.
Fotonaponske ćelije su sposobne da proizvode električnu energiju iz jednosmerne struje koristeći energiju sunčevog zračenja. Problem s ovom vrstom potoka je taj što se ne koristi za dom. Neprekidnu energiju treba transformirati u alternativnu energiju kako bi je koristili. Ovo zahtijeva a pretvarač napajanja.
Fotonaponski efekat proizvodi električnu energiju iz sunčevog zračenja. Ovo zračenje dolazi u obliku toplote i zahvaljujući tom efektu transformiše se u električnu energiju. Da bi se to dogodilo, fotonaponske ćelije moraju biti postavljene u nizu duž solarnih panela. To je učinjeno tako da možete dobiti odgovarajući napon koji omogućava proizvodnju električne energije.
Očigledno je da se sve sunčevo zračenje koje dolazi iz atmosfere ne transformiše u električnu energiju. Dio se gubi refleksijom, a drugi prijenosom. Odnosno, jedan dio se vraća u atmosferu, a drugi dio prolazi kroz ćeliju. Količina zračenja koja je u stanju da kontaktira fotonaponske ćelije je ono zbog čega elektroni skaču iz jednog sloja u drugi. Tada se stvara električna struja čija je snaga proporcionalna količini zračenja koja konačno pogađa ćelije.
Karakteristike fotonaponskog efekta
To je misterija koju čuvaju solarni paneli. Sigurno ste ikad zastali i pomislili kako oni mogu stvoriti električnu struju od sunca. Pa, radi se o sudjelovanju brojnih materijala sastavljenih od provodnih elemenata. Jedan od njih je silicijum. To je element koji pokazuje drugačije ponašanje u reakciji na djelovanje električne energije.
Reakcija koju imaju ovi poluprovodnički materijali u potpunosti ovisi o tome je li izvor energije sposoban da ih pobudi ili ne. Odnosno, elektroni prelaze u drugo energičnije stanje. U ovom slučaju imamo izvor koji može pobuditi ove elektrone, a to je sunčevo zračenje.
Trenutak a foton sudara se s elektronom iz posljednje orbite atoma silicija, započinje fotonaponski efekt. Ovaj sudar uzrokuje da elektron prima energiju iz fotona i može se pobuditi. Ako je energija koju elektron dobije iz fotona veća od privlačne sile jezgre atoma silicija, suočit ćemo se s izlazom elektrona iz orbite.
Sve to atome oslobađa i oni mogu putovati kroz sav poluprovodnički materijal. Kada se to dogodi, silicij koji služi kao provodnik preusmjerava svu energiju tamo gdje može biti koristan. Elektroni oslobođeni naboja odlaze u druge atome gdje ima slobodnih prostora. Kretanje ovih elektrona je ono što se naziva struja naboja.
Kako se proizvodi
Struje naboja postižu se upotrebom provodljivih materijala i čine to neprestano tako da može postojati električno polje koje ima konstantan polaritet. Upravo ta vrsta električnog polja počinje potiskivati elektrone u svim smjerovima kako bi cirkulirali električnu struju.
Ako energija elektrona napajanog fotonom premaši privlačnost jezgre atoma silicijuma, on će biti slobodan. Da bi se ovo dogodilo, sila koju uticaj fotona mora imati na elektron je najmanje 1,2 eV.
Svaka vrsta poluprovodničkog materijala ima minimalnu energiju potrebnu za oslobađanje elektrona iz svojih atoma. Postoje fotoni kraće talasne dužine koji dolaze od ultraljubičastog zračenja. Kao što znamo, ovi fotoni sadrže veliku količinu energije. S druge strane, nalazimo one čija je talasna dužina duža, tako da imaju manje energije. Ovi fotoni su u infracrvenom dijelu elektromagnetskog spektra.
Minimalna energija potrebna svakom poluprovodničkom materijalu za oslobađanje elektrona ovisi o frekvencijskom opsegu. Ovaj ih bend povezuje od onih koji dolaze u ultraljubičastom zračenju do vidljivih boja. Ispod toga, oni ne mogu otpustiti elektrone, pa neće biti električne struje.
Fotonski problem
Prolazak kroz materijal za razdvajanje elektrona je nešto složeniji. Ne rade to svi fotoni direktno. To je zato što da bi prošli kroz materijal moraju izgubiti energiju. Ako su oni u području najdužih talasnih dužina elektromagnetskog spektra već imali malo energije, na kraju će je izgubiti tijekom kontakta s materijalom. Kada se energija izgubi, neki se fotoni lagano sudaraju s elektronima i ne mogu ih odbiti. Ovi gubici su neizbježni i onemogućuju 100% solarne upotrebe.
Ostali gubici energije nastaju kada fotoni prođu kroz sav materijal i ne sudaraju se ni sa jednim elektronom da bi ga istisnuli. To je takođe nezaobilazan problem.
Nadam se da je ovaj članak razjasnio fotonaponski efekt.