Jedan od najvažnijih procesa u svijetu Energia Solar je fotonaponski efekt. To je fotoelektrični efekt u kojem nastaje električna struja koja putuje od jednog dijela do drugog izrađenog od različitih materijala. Ti su materijali izloženi sunčevoj svjetlosti ili elektromagnetskom zračenju. Ovaj je učinak temeljan u proizvodnji električne energije iz fotonaponskih ćelija solarnih panela.
Ako želite znati kako rade solarne ploče i kakav je fotonaponski efekt, ovo je vaš post 🙂
Koji je fotonaponski efekt?
Kada koristimo solarnu ploču 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 poluvodičke naprave sastavljene uglavnom od silicija. Te fotonaponske stanice imaju neke nečistoće iz drugih kemijskih elemenata. Međutim, silicij se pokušava biti što jebenije moguće.
Fotonaponske ćelije sposobne su proizvoditi električnu energiju iz istosmjerne struje koristeći energiju sunčevog zračenja. Problem s ovom vrstom potoka je taj što se ne koristi za dom. Neprekidnu energiju treba transformirati u zamjensku energiju kako bi je iskoristili. To zahtijeva a pretvarač snage.
Fotonaponski efekt proizvodi električnu energiju iz sunčevog zračenja. To zračenje dolazi u obliku topline i zahvaljujući tom učinku transformira 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 omogućuje proizvodnju električne energije.
Očito je da se sve sunčevo zračenje koje dolazi iz atmosfere ne transformira u električnu energiju. Dio se gubi refleksijom, a drugi prijenosom. Odnosno, jedan dio se vraća u atmosferu, a drugi dio prolazi kroz stanicu. Količina zračenja koja je sposobna kontaktirati fotonaponske stanice je ono zbog čega elektroni skaču iz jednog sloja u drugi. Tada se stvara električna struja čija je snaga proporcionalna količini zračenja koje konačno pogađa stanice.
Karakteristike fotonaponskog učinka
To je misterija koju čuvaju solarni paneli. Sigurno ste ikad zastali i pomislili kako oni mogu generirati električnu struju od sunca. Pa, riječ je o sudjelovanju brojnih materijala sastavljenih od vodljivih elemenata. Jedan od njih je silicij. To je element koji pokazuje drugačije ponašanje u reakciji na djelovanje električne energije.
Reakcija ovih poluvodičkih materijala u potpunosti ovisi o tome je li ih izvor energije sposoban pobuditi ili ne. Odnosno, elektroni prelaze u drugo energetskije stanje. U ovom slučaju imamo izvor koji je sposoban pobuditi ove elektrone, a to je sunčevo zračenje.
Trenutak a foton sudari 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 čini atome slobodnima i mogu putovati kroz sav poluvodički 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 punjenja postižu se upotrebom vodljivih materijala i čine to neprestano, tako da može postojati električno polje koje ima konstantnu polarnost. Upravo ta vrsta električnog polja počinje potiskivati elektrone u svim smjerovima kako bi cirkulirali električnu struju.
Ako energija elektrona koji napaja foton premašuje privlačenje jezgre atoma silicija, bit će slobodna. Da bi se to dogodilo, sila koju utjecaj fotona mora imati na elektron je najmanje 1,2 eV.
Svaka vrsta poluvodičkog materijala ima minimalnu energiju potrebnu za oslobađanje elektrona iz svojih atoma. Postoje fotoni kraće valne duljine koji potječu od ultraljubičastog zračenja. Kao što znamo, ti fotoni imaju veliku količinu sadržane energije. S druge strane, nalazimo one čija je valna duljina duža, pa imaju manje energije. Ti se fotoni nalaze u infracrvenom dijelu elektromagnetskog spektra.
Minimalna energija potrebna svakom poluvodičkom materijalu za oslobađanje elektrona ovisi o frekvencijskom pojasu. Ovaj ih bend povezuje od onih koji dolaze u ultraljubičastom zračenju do vidljivih boja. Ispod toga ne mogu otpustiti elektrone pa neće biti električne struje.
Problem fotona
Prolazak kroz materijal za razdvajanje elektrona nešto je složeniji. Ne rade to svi fotoni izravno. To je zato što da bi prošli kroz materijal moraju izgubiti energiju. Ako su oni u području najdužih valnih duljina elektromagnetskog spektra već imali malo energije, na kraju će je izgubiti tijekom kontakta s materijalom. Kad se energija izgubi, neki se fotoni lagano sudaraju s elektronima i ne mogu ih odbiti. Ti su gubici neizbježni i onemogućuju 100% sunčeve upotrebe.
Ostali gubici energije nastaju kad fotoni prođu kroz sav materijal i ne sudaraju se ni s jednim elektronom da bi ga istisnuli. To je također nezaobilazan problem.
Nadam se da je ovaj članak razjasnio fotonaponski učinak.