אפקט פוטו וולטאי

אחד התהליכים החשובים ביותר בעולם של אנרגיה סולארית הוא אפקט פוטו-וולטאי. זהו אפקט פוטואלקטרי בו נוצר זרם חשמלי העובר מחתיכה אחת לאחרת העשוי מחומרים שונים. חומרים אלה חשופים לאור שמש או לקרינה אלקטרומגנטית. השפעה זו היא בסיסית בייצור אנרגיה חשמלית מהתאים הפוטו-וולטאיים של הפאנלים הסולאריים.

אם אתה רוצה לדעת איך פועלים פאנלים סולאריים ומהו האפקט הפוטו וולטאי, זה הפוסט שלך 🙂

מהו האפקט הפוטו וולטאי?

כאשר אנו משתמשים בפאנל סולארי להשגת אנרגיה חשמלית, מה שאנחנו מנצלים הוא את האנרגיה שיש לחלקיקי קרינת השמש להפוך אותה לאנרגיה חשמלית מועילה לבית שלנו. תאים פוטו וולטאיים הם מכשירים מוליכים למחצה המורכבים בעיקר מסיליקון. לתאים פוטו-וולטאיים יש זיהומים מסוימים מאלמנטים כימיים אחרים. עם זאת, הסיליקון מנסה להיות מזוין ככל האפשר.

תאים פוטו וולטאיים מסוגלים לייצר חשמל מזרם ישר באמצעות אנרגיה מקרינת השמש. הבעיה עם סוג זה של זרם היא שהוא לא משמש לבית. צריך להפוך אנרגיה מתמשכת לאנרגיה חלופית כדי להשתמש בה. זה דורש מהפך חשמל.

מה שהאפקט הפוטו-וולטאי עושה הוא לייצר את האנרגיה החשמלית מקרינת השמש. קרינה זו מגיעה בצורה של חום ובזכות השפעה זו היא הופכת לחשמל. כדי שזה יקרה, יש למקם את התאים הפוטו-וולטאיים בסדרה לאורך פאנלים סולאריים. זה נעשה כדי שתוכלו לקבל מתח מתאים המאפשר לייצר חשמל.

ברור שלא כל קרינת השמש שמגיעה מהאטמוספירה הופכת לאנרגיה חשמלית. חלק ממנו אובד על ידי השתקפות ואחר על ידי העברה. כלומר, חלק אחד מוחזר לאטמוספרה ואת החלק השני עובר התא. כמות הקרינה המסוגלת ליצור קשר עם תאים פוטו-וולטאיים היא זו שגורמת לאלקטרונים לקפוץ משכבה אחת לשנייה. אז נוצר זרם חשמלי שכוחו פרופורציונאלי לכמות הקרינה שפוגעת לבסוף בתאים.

מאפייני האפקט הפוטו וולטאי

זו התעלומה ששומרים על פאנלים סולאריים. אין ספק שאי פעם עצרת לחשוב כיצד הם יכולים לייצר זרם חשמלי מהשמש. ובכן, מדובר בהשתתפות של חומרים רבים המורכבים מאלמנטים מוליכים. אחד מהם הוא סיליקון. זהו אלמנט שמראה התנהגות שונה בתגובה לפעולת החשמל.

התגובה שיש לחומרים מוליכים למחצה אלה תלויה לחלוטין אם מקור האנרגיה מסוגל לרגש אותם או לא. כלומר, האלקטרונים עוברים למצב אנרגטי אחר אחר. במקרה זה, יש לנו את המקור שמסוגל להלהיב את האלקטרונים הללו, כלומר קרינת השמש.

הרגע א פוטון מתנגש באלקטרון מהמסלול האחרון של אטום סיליקון, האפקט הפוטו וולטאי מתחיל. התנגשות זו גורמת לאלקטרון לקבל אנרגיה מהפוטון ועלול להתרגש. אם האנרגיה שהאלקטרון רוכש מהפוטון גבוהה מזו של הכוח האטרקטיבי של גרעין אטום הסיליקון, אנו ניצב מול יציאת אלקטרונים מהמסלול.

כל זה הופך את האטומים לחופשיים והם יכולים לעבור את כל חומר המוליכים למחצה. כשזה קורה, הסיליקון המשמש כמוליך מפנה את כל האנרגיה למקום בו הוא יכול להיות שימושי. האלקטרונים ששוחררו מהמטענים עוברים לאטומים אחרים שבהם יש מקומות פנויים. התנועה של אלקטרונים אלה היא מה שמכונה זרם מטען.

איך זה מיוצר

זרמי טעינה מושגים באמצעות חומרים מוליכים וגורמים לכך לקרות בצורה קבועה כך שיהיה שדה חשמלי בעל קוטביות מתמדת. זה סוג זה של שדה חשמלי שמתחיל לדחוף את האלקטרונים לכל הכיוונים כדי להפיץ את הזרם החשמלי.

אם האנרגיה של האלקטרון המוזן מהפוטון עולה על משיכת גרעין אטום הסיליקון, היא תהיה חופשית. כדי שזה יקרה, הכוח שההשפעה של הפוטון חייב להיות על האלקטרון הוא לפחות 1,2 eV.

לכל סוג של חומר מוליך למחצה יש אנרגיה מינימלית הדרושה לו לשחרור אלקטרונים מהאטומים שלו. ישנם פוטונים בעלי אורך גל קצר יותר ומגיעים מקרינה אולטרה סגולה. כידוע, לפוטונים אלה יש כמות גדולה של אנרגיה מכילה. מצד שני, אנו מוצאים את אלה שאורך הגל שלהם ארוך יותר, ולכן יש להם פחות אנרגיה. פוטונים אלה נמצאים בחלק האינפרא אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי.

האנרגיה המינימלית הדרושה לכל חומר מוליך למחצה לשחרור אלקטרונים תלויה בפס התדרים. להקה זו משייכת אותם מאלו המגיעים בקרינה אולטרה סגולה לצבעים גלויים. מתחת לכך הם אינם מסוגלים לשחרר אלקטרונים, כך שלא יהיה זרם חשמלי.

בעיית פוטון

לעבור על החומר כדי להפריד את האלקטרונים זה קצת יותר מסובך. לא כל הפוטונים עושים זאת ישירות. הסיבה לכך היא שכדי לעבור דרך החומר עליהם לאבד אנרגיה. אם לאלה שבאזור הגל הארוך ביותר בספקטרום האלקטרומגנטי כבר הייתה מעט אנרגיה, הם בסופו של דבר מאבדים אותה במהלך המגע עם החומר. כאשר האנרגיה הולכת לאיבוד, חלק מהפוטונים מתנגשים מעט באלקטרונים ולא יכולים להסיט אותם. הפסדים אלה הם בלתי נמנעים והדבר הופך את זה לבלתי אפשרי להיות בשימוש של 100% מהשמש.

הפסדי אנרגיה אחרים מתרחשים כאשר פוטונים עוברים דרך כל החומר ו הם אינם מתנגשים באף אלקטרון שיעקור אותו. זו גם בעיה בלתי נמנעת.

אני מקווה שמאמר זה הבהיר את האפקט הפוטו וולטאי.