Uno dei processi più importanti al mondo di energia solare è effetto fotovoltaico. È un effetto fotoelettrico in cui viene prodotta una corrente elettrica che viaggia da un pezzo all'altro realizzato con materiali diversi. Questi materiali sono esposti alla luce solare o alle radiazioni elettromagnetiche. Questo effetto è fondamentale nella generazione di energia elettrica dalle celle fotovoltaiche dei pannelli solari.
Se vuoi sapere come funzionano i pannelli solari e qual è l'effetto fotovoltaico, questo è il tuo post 🙂
Qual è l'effetto fotovoltaico?
Quando utilizziamo un pannello solare per ottenere energia elettrica, ciò di cui stiamo approfittando è l'energia che hanno le particelle della radiazione solare per trasformarla in energia elettrica utile per la nostra casa. Le celle fotovoltaiche sono dispositivi semiconduttori costituiti principalmente da silicio. Queste celle fotovoltaiche hanno alcune impurità da altri elementi chimici. Tuttavia, il silicio è provato per essere il più fottuto possibile.
Le celle fotovoltaiche sono in grado di generare elettricità da una corrente continua utilizzando energia dalla radiazione solare. Il problema con questo tipo di flusso è che non viene utilizzato per la casa. L'energia continua deve essere trasformata in energia alternativa per poterla utilizzare. Ciò richiede un invertitore di potenza.
Quello che fa l'effetto fotovoltaico è produrre quell'energia elettrica dalla radiazione solare. Questa radiazione si presenta sotto forma di calore e grazie a questo effetto si trasforma in elettricità. Perché ciò avvenga, le celle fotovoltaiche devono essere collocate in serie lungo i pannelli solari. Questo è fatto in modo che tu possa ottenere una tensione adeguata che permetta di generare elettricità.
Ovviamente non tutta la radiazione solare che proviene dall'atmosfera si trasforma in energia elettrica. Una parte si perde per riflessione e un'altra per trasmissione. Cioè, una parte viene restituita all'atmosfera e l'altra parte viene attraversata dalla cella. La quantità di radiazione che è in grado di contattare le celle fotovoltaiche è ciò che fa saltare gli elettroni da uno strato all'altro. È allora che si crea una corrente elettrica la cui potenza è proporzionale alla quantità di radiazione che alla fine colpisce le cellule.
Caratteristiche dell'effetto fotovoltaico
Questo è il mistero che custodiscono i pannelli solari. Sicuramente ti sei mai fermato a pensare a come possono generare una corrente elettrica dal sole. Ebbene, si tratta della partecipazione di numerosi materiali composti da elementi conduttivi. Uno di questi è il silicio. È un elemento che mostra un comportamento diverso in reazione all'azione dell'elettricità.
La reazione che hanno questi materiali semiconduttori dipende interamente dal fatto che la fonte di energia sia in grado di eccitarli o meno. Cioè, gli elettroni passano a un altro stato più energetico. In questo caso, abbiamo la sorgente che è in grado di eccitare questi elettroni, che è la radiazione solare.
Il momento in cui a fotone si scontra con un elettrone dell'ultima orbita di un atomo di silicio, inizia l'effetto fotovoltaico. Questa collisione fa sì che l'elettrone riceva energia dal fotone e possa eccitarsi. Se l'energia che l'elettrone acquisisce dal fotone è superiore a quella della forza di attrazione del nucleo dell'atomo di silicio, saremo di fronte a un'uscita di elettroni dall'orbita.
Tutto ciò rende gli atomi liberi e possono attraversare tutto il materiale semiconduttore. Quando ciò accade, il silicio che funge da conduzione devia tutta l'energia dove può essere utile. Gli elettroni che sono stati rilasciati dalle cariche vanno ad altri atomi dove ci sono spazi liberi. Il movimento di questi elettroni è ciò che viene chiamato corrente di carica.
Come viene prodotto
Le correnti di carica si ottengono utilizzando materiali conduttivi e facendo in modo che ciò avvenga in modo costante in modo che possa esserci un campo elettrico che abbia una polarità costante. È questo tipo di campo elettrico che inizia a spingere gli elettroni in tutte le direzioni per far circolare la corrente elettrica.
Se l'energia dell'elettrone alimentato dal fotone supera l'attrazione del nucleo dell'atomo di silicio, sarà libero. Perché questo accada, la forza che l'impatto del fotone deve avere sull'elettrone è di almeno 1,2 eV.
Ogni tipo di materiale semiconduttore ha un'energia minima necessaria per rilasciare elettroni dai suoi atomi. Ci sono fotoni che hanno una lunghezza d'onda più corta e provengono dalla radiazione ultravioletta. Come sappiamo, questi fotoni hanno una grande quantità di energia contenuta. D'altra parte, troviamo quelli la cui lunghezza d'onda è più lunga, quindi hanno meno energia. Questi fotoni si trovano nella parte infrarossa dello spettro elettromagnetico.
L'energia minima richiesta da ciascun materiale semiconduttore per rilasciare elettroni dipende dalla banda di frequenza. Questa banda li associa da quelli che arrivano nella radiazione ultravioletta ai colori visibili. Al di sotto di questo, non sono in grado di rilasciare elettroni, quindi non ci sarà corrente elettrica.
Problema con i fotoni
Passare attraverso il materiale per separare gli elettroni è un po 'più complicato. Non tutti i fotoni lo fanno direttamente. Questo perché per passare attraverso il materiale devono perdere energia. Se quelli nella regione di lunghezza d'onda più lunga dello spettro elettromagnetico avevano già poca energia, finiscono per perderla durante il contatto con il materiale. Quando l'energia viene persa, alcuni fotoni entrano in collisione leggermente con gli elettroni e non possono deviarli. Queste perdite sono inevitabili e sono ciò che rende impossibile avere il 100% dell'utilizzo solare.
Altre perdite di energia si verificano quando i fotoni attraversano tutto il materiale e non entrano in collisione con nessun elettrone per spostarlo. Anche questo è un problema inevitabile.
Spero che questo articolo abbia chiarito l'effetto fotovoltaico.