Μία από τις πιο σημαντικές διαδικασίες στον κόσμο ηλιακή ενέργεια είναι φωτοβολταϊκή επίδραση. Είναι ένα φωτοηλεκτρικό εφέ στο οποίο παράγεται ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ταξιδεύει από το ένα κομμάτι στο άλλο κατασκευασμένο από διαφορετικά υλικά. Αυτά τα υλικά εκτίθενται σε ηλιακό φως ή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτό το αποτέλεσμα είναι θεμελιώδες στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τα φωτοβολταϊκά στοιχεία των ηλιακών συλλεκτών.
Αν θέλετε να μάθετε πώς λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ και ποιο είναι το φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα, αυτή είναι η ανάρτηση σας 🙂
Ποιο είναι το φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα;
Όταν χρησιμοποιούμε ένα ηλιακό πλαίσιο για την απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας, αυτό που εκμεταλλευόμαστε είναι την ενέργεια που τα σωματίδια της ηλιακής ακτινοβολίας πρέπει να το μετατρέψουν σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια για το σπίτι μας. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα είναι συσκευές ημιαγωγών που αποτελούνται κυρίως από πυρίτιο. Αυτά τα φωτοβολταϊκά κύτταρα έχουν κάποιες ακαθαρσίες από άλλα χημικά στοιχεία. Ωστόσο, το πυρίτιο προσπαθεί να είναι όσο το δυνατόν πιο γαμημένο.
Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα μπορούν να παράγουν ηλεκτρισμό από συνεχές ρεύμα χρησιμοποιώντας ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία. Το πρόβλημα με αυτόν τον τύπο ροής είναι ότι δεν χρησιμοποιείται για το σπίτι. Η συνεχής ενέργεια πρέπει να μετατραπεί σε εναλλακτική ενέργεια για να τη χρησιμοποιήσει. Αυτό απαιτεί ένα μετατροπέας ισχύος.
Αυτό που κάνει το φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα είναι να παράγει αυτή την ηλεκτρική ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία. Αυτή η ακτινοβολία έρχεται με τη μορφή θερμότητας και χάρη σε αυτό το αποτέλεσμα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Για να συμβεί αυτό, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία πρέπει να τοποθετηθούν σε σειρά κατά μήκος των ηλιακών συλλεκτών. Αυτό γίνεται έτσι ώστε να μπορείτε λάβετε επαρκή τάση που επιτρέπει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Προφανώς, δεν μετατρέπεται όλη η ηλιακή ακτινοβολία που προέρχεται από την ατμόσφαιρα σε ηλεκτρική ενέργεια. Μέρος του χάνεται με προβληματισμό και άλλο με μετάδοση. Δηλαδή, ένα μέρος επιστρέφεται στην ατμόσφαιρα και το άλλο μέρος περνά από το κελί. Η ποσότητα της ακτινοβολίας που μπορεί να έρθει σε επαφή με φωτοβολταϊκά κύτταρα είναι αυτό που κάνει τα ηλεκτρόνια να πηδούν από το ένα στρώμα στο άλλο. Είναι τότε όταν δημιουργείται ένα ηλεκτρικό ρεύμα του οποίου η ισχύς είναι ανάλογη με την ποσότητα της ακτινοβολίας που τελικά χτυπά τα κύτταρα.
Χαρακτηριστικά του φωτοβολταϊκού αποτελέσματος
Αυτό είναι το μυστήριο που διατηρούν τα ηλιακά πάνελ. Σίγουρα έχετε σταματήσει ποτέ να σκεφτείτε πώς μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα από τον ήλιο. Λοιπόν, πρόκειται για τη συμμετοχή πολλών υλικών που αποτελούνται από αγώγιμα στοιχεία. Ένα από αυτά είναι το πυρίτιο. Είναι ένα στοιχείο που δείχνει μια διαφορετική συμπεριφορά ως αντίδραση στη δράση του ηλεκτρισμού.
Η αντίδραση που έχουν αυτά τα υλικά ημιαγωγών εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το εάν η πηγή ενέργειας είναι ικανή να τους ενθουσιάσει ή όχι. Δηλαδή, τα ηλεκτρόνια πηγαίνουν σε μια άλλη πιο ενεργητική κατάσταση. Σε αυτήν την περίπτωση, έχουμε την πηγή που είναι ικανή να διεγείρει αυτά τα ηλεκτρόνια, που είναι η ηλιακή ακτινοβολία.
Η στιγμή α φωτόνιο συγκρούεται με ένα ηλεκτρόνιο από την τελευταία τροχιά ενός ατόμου πυριτίου, ξεκινά το φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα. Αυτή η σύγκρουση προκαλεί στο ηλεκτρόνιο να δέχεται ενέργεια από το φωτονίο και μπορεί να ενθουσιαστεί. Εάν η ενέργεια που αποκτά το ηλεκτρόνιο από το φωτόνιο είναι υψηλότερη από εκείνη της ελκυστικής δύναμης του πυρήνα του ατόμου πυριτίου, θα αντιμετωπίσουμε μια έξοδο ηλεκτρονίων από την τροχιά.
Όλα αυτά κάνουν τα άτομα ελεύθερα και μπορούν να ταξιδέψουν σε όλο το υλικό ημιαγωγών. Όταν συμβεί αυτό, το πυρίτιο που χρησιμεύει ως αγωγιμότητα εκτρέπει όλη την ενέργεια όπου μπορεί να είναι χρήσιμη. Τα ηλεκτρόνια που έχουν απελευθερωθεί από τα φορτία πηγαίνουν σε άλλα άτομα όπου υπάρχουν ελεύθεροι χώροι. Η κίνηση αυτών των ηλεκτρονίων είναι αυτό που ονομάζεται ρεύμα φόρτισης.
Πώς παράγεται
Τα ρεύματα φόρτισης επιτυγχάνονται χρησιμοποιώντας αγώγιμα υλικά και καθιστώντας το συμβατό με συνεχή τρόπο, ώστε να υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο που έχει σταθερή πολικότητα. Αυτός ο τύπος ηλεκτρικού πεδίου αρχίζει να ωθεί τα ηλεκτρόνια προς όλες τις κατευθύνσεις για να κυκλοφορήσει το ηλεκτρικό ρεύμα.
Εάν η ενέργεια του ηλεκτρονίου που τροφοδοτείται από το φωτόνιο υπερβαίνει την έλξη του πυρήνα του ατόμου πυριτίου, θα είναι ελεύθερη. Για να συμβεί αυτό, η δύναμη που πρέπει να έχει η επίδραση του φωτονίου στο ηλεκτρόνιο είναι τουλάχιστον 1,2 eV.
Κάθε τύπος υλικού ημιαγωγών έχει την ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για να απελευθερώσει ηλεκτρόνια από τα άτομα του. Υπάρχουν φωτόνια που έχουν μικρότερο μήκος κύματος και προέρχονται από υπεριώδη ακτινοβολία. Όπως γνωρίζουμε, αυτά τα φωτόνια έχουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, βρίσκουμε αυτούς των οποίων το μήκος κύματος είναι μεγαλύτερο, έτσι έχουν λιγότερη ενέργεια. Αυτά τα φωτόνια βρίσκονται στο υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται από κάθε υλικό ημιαγωγού για την απελευθέρωση ηλεκτρονίων εξαρτάται από τη ζώνη συχνοτήτων. Αυτή η μπάντα τους συνδέει από εκείνες που έρχονται σε υπεριώδη ακτινοβολία σε ορατά χρώματα. Κάτω από αυτό, δεν μπορούν να απελευθερώσουν ηλεκτρόνια, οπότε δεν θα υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα.
Πρόβλημα φωτονίων
Το πέρασμα του υλικού για το διαχωρισμό των ηλεκτρονίων είναι κάπως πιο περίπλοκο. Δεν το κάνουν όλα τα φωτόνια άμεσα. Αυτό συμβαίνει επειδή για να περάσουν μέσα από το υλικό πρέπει να χάσουν ενέργεια. Εάν εκείνοι στην περιοχή με το μεγαλύτερο μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος είχαν ήδη λίγη ενέργεια, καταλήγουν να το χάσουν κατά την επαφή με το υλικό. Όταν χάνεται ενέργεια, μερικά φωτόνια συγκρούονται ελαφρώς με ηλεκτρόνια και δεν μπορούν να τα εκτρέψουν. Αυτές οι απώλειες είναι αναπόφευκτες και καθιστούν αδύνατο το 100% της ηλιακής χρήσης.
Άλλες απώλειες ενέργειας συμβαίνουν όταν τα φωτόνια διέρχονται από όλο το υλικό και δεν συγκρούονται με κανένα ηλεκτρόνιο για να το εκτοπίσουν. Αυτό είναι επίσης ένα αναπόφευκτο πρόβλημα.
Ελπίζω αυτό το άρθρο να αποσαφηνίσει το φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα.