A világ egyik legfontosabb folyamata napenergia a fotovoltaikus hatás. Ez egy fotoelektromos effektus, amelyben olyan elektromos áram keletkezik, amely egyik anyagból a másikba halad különböző anyagokból. Ezeket az anyagokat napfény vagy elektromágneses sugárzás érheti. Ez a hatás alapvető a villamos energia előállításában a napelemek fotovoltaikus celláiból.
Ha szeretné tudni, hogy a napelemek hogyan működnek, és mi a fotovoltaikus hatás, akkor ez a hozzászólása 🙂
Mi a fotovoltaikus hatás?
Ha napelemet használunk elektromos energia előállításához, akkor azt kihasználjuk az az energia, amellyel a napsugárzás részecskéknek otthoni hasznos elektromos energiává kell alakítaniuk. A fotovoltaikus cellák félvezető eszközök, amelyek többnyire szilíciumból állnak. Ezek a fotovoltaikus cellák tartalmaznak bizonyos szennyeződéseket más kémiai elemektől. A szilíciumot azonban megpróbálják minél kibaszottabbá tenni.
A fotovoltaikus cellák képesek egyenáramból villamos energiát előállítani a napsugárzás energiájának felhasználásával. Az ilyen típusú adatfolyam problémája, hogy nem otthoni használatra használják. A folyamatos energiát alternatív energiává kell átalakítani annak felhasználása érdekében. Ehhez a inverter.
A fotovoltaikus hatás az, hogy ezt az elektromos energiát napsugárzásból állítja elő. Ez a sugárzás hő formájában jön létre, és ennek köszönhetően elektromossággá alakul. Ennek érdekében a fotovoltaikus cellákat sorba kell helyezni a napelemek mentén. Ezt azért teszik, hogy tudja kapjon megfelelő feszültséget, amely lehetővé teszi az áramtermelést.
Nyilvánvaló, hogy nem minden, a légkörből származó napsugárzás alakul át elektromos energiává. Részét elveszíti a reflexió, egy másikat pedig az átvitel. Vagyis az egyik részt visszavezetik a légkörbe, a másik részt pedig a cella átengedi. Az a sugárzásmennyiség, amely képes kapcsolatba lépni a fotovoltaikus cellákkal, az elektronokat egyik rétegből a másikba ugratja. Ekkor jön létre olyan elektromos áram, amelynek ereje arányos a sejteket végül eltaláló sugárzás mennyiségével.
A fotovoltaikus hatás jellemzői
Ezt a rejtélyt őrzik a napelemek. Biztosan megálltál már azon, hogy gondolkodj, hogyan tudnak elektromos áramot előállítani a napból. Nos, a vezetőképes elemekből álló számos anyag részvételéről van szó. Az egyik a szilícium. Ez egy olyan elem, amely más viselkedést mutat az elektromosság hatására reagálva.
A félvezető anyagok reakciója teljes mértékben attól függ, hogy az energiaforrás képes-e őket izgalomba hozni vagy sem. Vagyis az elektronok egy másik energikusabb állapotba kerülnek. Ebben az esetben megvan a forrás, amely képes izgatni ezeket az elektronokat, a napsugárzás.
A pillanat a foton ütközik egy szilícium atom utolsó pályájának elektronjával, megkezdődik a fotovoltaikus hatás. Ez az ütközés hatására az elektron energiát kap a fotonból, és izgatottá válhat. Ha az energia, amelyet az elektron a fotonból nyer, nagyobb, mint a szilíciumatom magjának vonzó ereje, akkor egy elektron kijárattal állunk szemben a pályáról.
Mindez szabaddá teszi az atomokat, és át tudnak menni az összes félvezető anyagon. Amikor ez megtörténik, a vezetésként szolgáló szilícium minden energiát oda terel, ahol hasznos lehet. A töltésekből felszabadult elektronok más atomokba kerülnek, ahol szabad terek vannak. Ezen elektronok mozgását hívjuk töltőáramnak.
Hogyan állítják elő
A töltőáramokat vezető anyagok felhasználásával érjük el, és ezt állandó módon valósítjuk meg, hogy állandó polaritású elektromos mező állhasson elő. Ez a fajta elektromos mező kezdi az elektronokat minden irányba tolni az elektromos áram keringése érdekében.
Ha a foton által táplált elektron energiája meghaladja a szilíciumatom magjának vonzerejét, akkor az szabad lesz. Hogy ez megtörténjen, a fotonnak az elektronra gyakorolt hatásának legalább 1,2 eV erőnek kell lennie.
Minden félvezető anyagnak van egy minimális energiája, amely ahhoz szükséges, hogy elektronokat bocsásson ki atomjaiból. Vannak fotonok, amelyek hullámhossza rövidebb, és ultraibolya sugárzásból származnak. Mint tudjuk, ezek a fotonok nagy mennyiségben tartalmaznak energiatartalmat. Másrészt megtaláljuk azokat, akiknek a hullámhossza hosszabb, így kevesebb energiájuk van. Ezek a fotonok az elektromágneses spektrum infravörös részén vannak.
Az egyes félvezető anyagok által az elektronok felszabadításához szükséges minimális energia a frekvenciasávtól függ. Ez a sáv az ultraibolya sugárzásba érkezőktől a látható színekhez társítja őket. Ez alatt nem képesek elektronokat felszabadítani, ezért nem lesz elektromos áram.
Photon probléma
Az anyagon keresztül az elektronok szétválasztása némileg bonyolultabb. Nem minden foton csinálja közvetlenül. Ennek oka az, hogy az anyagon való átjutáshoz energiát kell veszteniük. Ha az elektromágneses spektrum leghosszabb hullámhosszúságú területein tartózkodóknak már kevés az energiájuk, akkor végül elveszítik azt az anyaggal való érintkezés során. Amikor energia elvész, egyes fotonok kissé ütköznek az elektronokkal, és nem tudják eltéríteni őket. Ezek a veszteségek elkerülhetetlenek, és ezek teszik lehetetlenné a napenergia 100% -os felhasználását.
Egyéb energiaveszteség akkor keletkezik, amikor a fotonok áthaladnak az összes anyagon és nem ütköznek egyetlen elektronral sem, hogy kiszorítsák. Ez is elkerülhetetlen probléma.
Remélem, hogy ez a cikk tisztázta a fotovoltaikus hatást.