Einer der wichtigsten Prozesse in der Welt von Sonnenenergie ist photovoltaischer Effekt. Es ist ein photoelektrischer Effekt, bei dem ein elektrischer Strom erzeugt wird, der aus verschiedenen Materialien von einem Stück zum anderen fließt. Diese Materialien sind Sonnenlicht oder elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt. Dieser Effekt ist von grundlegender Bedeutung für die Erzeugung elektrischer Energie aus den Photovoltaikzellen der Solarmodule.
Wenn Sie wissen möchten, wie Sonnenkollektoren funktionieren und wie der Photovoltaikeffekt ist, ist dies Ihr Beitrag 🙂
Was ist der photovoltaische Effekt?
Wenn wir ein Solarpanel verwenden, um elektrische Energie zu gewinnen, nutzen wir Folgendes die Energie, die die Sonnenstrahlungsteilchen benötigen, um sie in nützliche elektrische Energie für unser Zuhause umzuwandeln. Photovoltaikzellen sind Halbleiterbauelemente, die hauptsächlich aus Silizium bestehen. Diese Photovoltaikzellen weisen einige Verunreinigungen anderer chemischer Elemente auf. Das Silizium wird jedoch versucht, so verdammt wie möglich zu sein.
Photovoltaikzellen können aus Gleichstrom Strom aus Sonnenstrahlung erzeugen. Das Problem bei dieser Art von Stream ist, dass er nicht für zu Hause verwendet wird. Kontinuierliche Energie muss in alternative Energie umgewandelt werden, um sie nutzen zu können. Dies erfordert a Wechselrichter.
Der photovoltaische Effekt erzeugt diese elektrische Energie aus Sonnenstrahlung. Diese Strahlung kommt in Form von Wärme und wird dank dieses Effekts in Elektrizität umgewandelt. Dazu müssen die Photovoltaikzellen entlang der Sonnenkollektoren in Reihe geschaltet werden. Dies geschieht, damit Sie können Holen Sie sich eine ausreichende Spannung, die es ermöglicht, Strom zu erzeugen.
Offensichtlich wird nicht die gesamte Sonnenstrahlung, die aus der Atmosphäre kommt, in elektrische Energie umgewandelt. Ein Teil davon geht durch Reflexion und ein anderer durch Übertragung verloren. Das heißt, ein Teil wird in die Atmosphäre zurückgeführt und der andere Teil wird von der Zelle durchlaufen. Die Menge an Strahlung, die Photovoltaikzellen berühren kann, lässt Elektronen von einer Schicht zur anderen springen. Dann wird ein elektrischer Strom erzeugt, dessen Leistung proportional zur Strahlungsmenge ist, die schließlich auf die Zellen trifft.
Eigenschaften des photovoltaischen Effekts
Dies ist das Geheimnis, das Sonnenkollektoren bewahren. Sicherlich haben Sie jemals darüber nachgedacht, wie sie elektrischen Strom aus der Sonne erzeugen können. Nun, es geht um die Teilnahme zahlreicher Materialien, die aus leitenden Elementen bestehen. Eines davon ist Silizium. Es ist ein Element, das ein anderes Verhalten als Reaktion auf die Einwirkung von Elektrizität zeigt.
Die Reaktion dieser Halbleitermaterialien hängt ganz davon ab, ob die Energiequelle sie anregen kann oder nicht. Das heißt, die Elektronen gehen in einen anderen energetischeren Zustand über. In diesem Fall haben wir die Quelle, die diese Elektronen anregen kann, nämlich die Sonnenstrahlung.
Der Moment a Photon kollidiert mit einem Elektron aus der letzten Umlaufbahn eines Siliziumatoms, beginnt der photovoltaische Effekt. Diese Kollision bewirkt, dass das Elektron Energie vom Photon empfängt und angeregt werden kann. Wenn die Energie, die das Elektron vom Photon erhält, höher ist als die der Anziehungskraft des Kerns des Siliziumatoms, stehen wir vor einem Elektronenaustritt aus der Umlaufbahn.
All dies macht die Atome frei und sie können das gesamte Halbleitermaterial durchlaufen. Wenn dies geschieht, lenkt das Silizium, das als Leitung dient, die gesamte Energie dort ab, wo es nützlich sein kann. Die Elektronen, die von den Ladungen freigesetzt wurden, gehen zu anderen Atomen, wo es freie Räume gibt. Die Bewegung dieser Elektronen wird Ladungsstrom genannt.
Wie es hergestellt wird
Die Ladeströme werden erreicht, indem leitende Materialien verwendet werden und dies auf konstante Weise geschieht, so dass ein elektrisches Feld mit konstanter Polarität entstehen kann. Es ist diese Art von elektrischem Feld, das beginnt, die Elektronen in alle Richtungen zu drücken, um den elektrischen Strom zu zirkulieren.
Wenn die Energie des vom Photon gespeisten Elektrons die Anziehungskraft des Kerns des Siliziumatoms überschreitet, ist es frei. Damit dies geschieht, Die Kraft, die der Einfluss des Photons auf das Elektron haben muss, beträgt mindestens 1,2 eV.
Jede Art von Halbleitermaterial hat eine minimale Energie, die erforderlich ist, um Elektronen aus ihren Atomen freizusetzen. Es gibt Photonen mit einer kürzeren Wellenlänge, die von ultravioletter Strahlung stammen. Wie wir wissen, haben diese Photonen eine große Menge an enthaltener Energie. Auf der anderen Seite finden wir diejenigen, deren Wellenlänge länger ist, so dass sie weniger Energie haben. Diese Photonen befinden sich im infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums.
Die minimale Energie, die jedes Halbleitermaterial benötigt, um Elektronen freizusetzen, hängt vom Frequenzband ab. Dieses Band assoziiert sie von denen, die in ultravioletter Strahlung kommen, mit sichtbaren Farben. Darunter können sie keine Elektronen freisetzen, so dass kein elektrischer Strom fließt.
Photonenproblem
Etwas komplizierter ist es, durch das Material zu gehen, um die Elektronen zu trennen. Nicht alle Photonen machen das direkt. Dies liegt daran, dass sie Energie verlieren müssen, um durch das Material zu gelangen. Wenn diejenigen im längsten Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums bereits wenig Energie hatten, verlieren sie diese beim Kontakt mit dem Material. Wenn Energie verloren geht, kollidieren einige Photonen leicht mit Elektronen und können sie nicht ablenken. Diese Verluste sind unvermeidlich und machen es unmöglich, 100% der Sonnennutzung zu haben.
Andere Energieverluste treten auf, wenn Photonen das gesamte Material passieren und Sie kollidieren nicht mit einem Elektron, um es zu verdrängen. Dies ist auch ein unvermeidbares Problem.
Ich hoffe, dieser Artikel hat den photovoltaischen Effekt geklärt.