Jeden z nejdůležitějších procesů na světě sluneční energie je fotovoltaický efekt. Jedná se o fotoelektrický jev, při kterém se vyrábí elektrický proud, který cestuje z jednoho kusu do druhého z různých materiálů. Tyto materiály jsou vystaveny slunečnímu záření nebo elektromagnetickému záření. Tento efekt je zásadní při výrobě elektrické energie z fotovoltaických článků solárních panelů.
Pokud chcete vědět, jak fungují solární panely a jaký je fotovoltaický efekt, toto je váš příspěvek 🙂
Jaký je fotovoltaický efekt?
Když používáme solární panel k získávání elektrické energie, využíváme to energie, kterou musí částice slunečního záření přeměnit na užitečnou elektrickou energii pro náš domov. Fotovoltaické články jsou polovodičová zařízení složená převážně z křemíku. Tyto fotovoltaické články obsahují určité nečistoty z jiných chemických prvků. Křemík se však snaží být co nejkuratější.
Fotovoltaické články jsou schopné vyrábět elektřinu ze stejnosměrného proudu pomocí energie ze slunečního záření. Problém tohoto typu proudu spočívá v tom, že se nepoužívá pro domácnost. Kontinuální energie musí být přeměněna na alternativní energii, aby ji bylo možné použít. To vyžaduje a výkonový měnič.
Fotovoltaický efekt vytváří tuto elektrickou energii ze slunečního záření. Toto záření přichází ve formě tepla a díky tomuto jevu se transformuje na elektřinu. Aby k tomu došlo, musí být fotovoltaické články umístěny v sérii podél solárních panelů. To se děje, abyste mohli získat odpovídající napětí, které umožňuje vyrábět elektřinu.
Je zřejmé, že ne všechny sluneční záření pocházející z atmosféry se transformují na elektrickou energii. Část je ztracena odrazem a další přenosem. To znamená, že jedna část se vrací do atmosféry a druhá část prochází buňkou. Množství záření, které je schopné kontaktovat fotovoltaické články, je to, co dělá elektrony skokem z jedné vrstvy do druhé. Je to tehdy, když se vytvoří elektrický proud, jehož síla je úměrná množství záření, které nakonec zasáhne buňky.
Vlastnosti fotovoltaického jevu
Toto je tajemství, které solární panely udržují. Určitě jste někdy přestali přemýšlet o tom, jak mohou generovat elektrický proud ze slunce. Zahrnuje to účast mnoha materiálů složených z vodivých prvků. Jedním z nich je křemík. Jedná se o prvek, který vykazuje odlišné chování v reakci na působení elektřiny.
Reakce, kterou tyto polovodičové materiály mají, závisí zcela na tom, zda je zdroj energie schopen je budit nebo ne. To znamená, že elektrony přejdou do jiného energetičtějšího stavu. V tomto případě máme zdroj, který je schopen tyto elektrony excitovat, což je sluneční záření.
Moment a foton koliduje s elektronem z poslední dráhy atomu křemíku, začíná fotovoltaický efekt. Tato kolize způsobí, že elektron přijímá energii z fotonu a může se vzrušovat. Pokud je energie, kterou elektron získá z fotonu, vyšší než energie atraktivní síly jádra atomu křemíku, budeme čelit výstupu elektronu z oběžné dráhy.
Díky tomu jsou atomy volné a mohou cestovat celým polovodičovým materiálem. Když k tomu dojde, křemík, který slouží jako vedení, odvádí veškerou energii tam, kde to může být užitečné. Elektrony, které byly uvolněny z nábojů, jdou k dalším atomům, kde jsou volná místa. Pohyb těchto elektronů se nazývá nábojový proud.
Jak se vyrábí
Nabíjecí proudy se dosahují použitím vodivých materiálů a konstantně se tak děje, aby mohlo existovat elektrické pole s konstantní polaritou. Je to tento typ elektrického pole, které začíná tlačit elektrony do všech směrů, aby obíhaly elektrický proud.
Pokud energie elektronu přiváděného fotonem překročí přitažlivost jádra atomu křemíku, bude volná. Aby se to stalo, síla, kterou musí mít dopad fotonu na elektron, je alespoň 1,2 eV.
Každý typ polovodičového materiálu má minimální energii potřebnou k uvolnění elektronů ze svých atomů. Existují fotony, které mají kratší vlnovou délku a pocházejí z ultrafialového záření. Jak víme, tyto fotony mají velké množství obsažené energie. Na druhou stranu najdeme ty, jejichž vlnová délka je delší, takže mají méně energie. Tyto fotony jsou v infračervené části elektromagnetického spektra.
Minimální energie potřebná každým polovodičovým materiálem k uvolnění elektronů závisí na frekvenčním pásmu. Tento pás je spojuje s těmi, které přicházejí v ultrafialovém záření, do viditelných barev. Pod tím nejsou schopni uvolnit elektrony, takže zde nebude elektrický proud.
Fotonový problém
Procházení materiálu k oddělení elektronů je poněkud komplikovanější. Ne všechny fotony to dělají přímo. Je tomu tak proto, že aby mohly projít materiálem, musí ztratit energii. Pokud už ti v oblasti nejdelší vlnové délky elektromagnetického spektra měli málo energie, nakonec ji při kontaktu s materiálem ztratili. Když dojde ke ztrátě energie, některé fotony se mírně srazí s elektrony a nemohou je vychýlit. Tyto ztráty jsou nevyhnutelné a znemožňují 100% využití sluneční energie.
Další ztráty energie nastávají, když fotony procházejí celým materiálem a nekolidují s žádným elektronem, aby jej vytlačili. To je také nevyhnutelný problém.
Doufám, že tento článek objasnil fotovoltaický efekt.