Viens no vissvarīgākajiem procesiem pasaulē saules enerģija ir fotoelementu efekts. Tas ir fotoelektrisks efekts, kurā tiek radīta elektriskā strāva, kas no dažādiem materiāliem pārvietojas no viena gabala uz otru. Šie materiāli ir pakļauti saules gaismai vai elektromagnētiskajam starojumam. Šis efekts ir būtisks elektroenerģijas ražošanā no saules bateriju fotoelementiem.
Ja vēlaties uzzināt, kā darbojas saules paneļi un kāds ir fotoelementu efekts, tas ir jūsu ziņojums 🙂
Kāds ir fotoelementu efekts?
Kad mēs izmantojam saules bateriju, lai iegūtu elektrisko enerģiju, mēs to izmantojam enerģija, kas saules starojuma daļiņām jāpārveido par noderīgu elektrisko enerģiju mūsu mājām. Fotoelementu elementi ir pusvadītāju ierīces, kas galvenokārt sastāv no silīcija. Šīm fotoelementu šūnām ir daži piemaisījumi no citiem ķīmiskiem elementiem. Tomēr silīcijs tiek mēģināts būt pēc iespējas jāšanās.
Fotoelementu elementi spēj radīt elektrību no līdzstrāvas, izmantojot saules starojuma enerģiju. Šāda veida straumes problēma ir tā, ka tā netiek izmantota mājām. Nepārtraukta enerģija ir jāpārveido par alternatīvu enerģiju, lai to izmantotu. Tas prasa a strāvas pārveidotājs.
Tas, ko fotoelektriskais efekts rada, ražo šo elektrisko enerģiju no saules starojuma. Šis starojums rodas siltuma formā, un, pateicoties šim efektam, tas tiek pārveidots par elektrību. Lai tas notiktu, fotoelementi ir jāievieto virknē gar saules paneļiem. Tas tiek darīts, lai jūs varētu iegūt atbilstošu spriegumu, kas ļauj ražot elektrību.
Acīmredzot ne viss saules starojums, kas nāk no atmosfēras, tiek pārveidots par elektrisko enerģiju. Daļu no tā zaudē refleksija, bet otru - pārraide. Tas ir, viena daļa tiek atgriezta atmosfērā, bet otra daļa tiek izvadīta caur šūnu. Radiācijas daudzums, kas spēj sazināties ar fotoelementu šūnām, liek elektroniem lēkt no viena slāņa uz otru. Tad tiek radīta elektriskā strāva, kuras jauda ir proporcionāla starojuma daudzumam, kas beidzot skar šūnas.
Fotoelektriskā efekta raksturojums
Tas ir noslēpums, ko saules paneļi glabā. Protams, jūs kādreiz esat apstājies, domājot, kā viņi var radīt elektrisko strāvu no saules. Runa ir par daudzu materiālu, kas sastāv no vadošiem elementiem, piedalīšanos. Viens no tiem ir silīcijs. Tas ir elements, kas parāda atšķirīgu uzvedību, reaģējot uz elektrības darbību.
Reakcija, kāda ir šiem pusvadītāju materiāliem, ir pilnībā atkarīga no tā, vai enerģijas avots spēj tos aizraut vai nē. Tas ir, elektroni nonāk citā enerģētiskākā stāvoklī. Šajā gadījumā mums ir avots, kas spēj aizraut šos elektronus, tas ir saules starojums.
Brīdis a fotons saduras ar elektronu no silīcija atoma pēdējās orbītas, sākas fotoelektriskais efekts. Šīs sadursmes rezultātā elektrons saņem enerģiju no fotona un var satraukties. Ja enerģija, ko elektrons iegūst no fotona, ir augstāka nekā silīcija atoma kodola pievilcīgā spēka enerģija, mēs būsim vērsti pret elektronu izeju no orbītas.
Tas viss padara atomus brīvus, un tie var iziet cauri visam pusvadītāju materiālam. Kad tas notiek, silīcijs, kas kalpo kā vadītspēja, novirza visu enerģiju tur, kur tā var būt noderīga. Elektroni, kas ir atbrīvoti no lādiņiem, nonāk citos atomos, kur ir brīvas vietas. Šo elektronu kustību sauc par lādiņa strāvu.
Kā tas tiek ražots
Uzlādes strāvas tiek sasniegtas, izmantojot vadošus materiālus un panākot, ka tas notiek nemainīgi, lai varētu būt elektriskais lauks, kuram ir nemainīga polaritāte. Tas ir šāda veida elektriskais lauks, kas sāk virzīt elektronus visos virzienos, lai cirkulētu elektrisko strāvu.
Ja fotona ievadītā elektrona enerģija pārsniedz silīcija atoma kodola pievilcību, tā būs brīva. Lai tas notiktu, spēks, kas fotona ietekmei uz elektronu ir jābūt vismaz 1,2 eV.
Katram pusvadītāju materiāla tipam ir minimālā enerģija, kas nepieciešama, lai tas atbrīvotu elektronus no atomiem. Ir fotoni, kuru viļņa garums ir mazāks un rodas ultravioletais starojums. Kā mēs zinām, šiem fotoniem ir liels ietvertās enerģijas daudzums. No otras puses, mēs atrodam tos, kuru viļņa garums ir garāks, tāpēc viņiem ir mazāk enerģijas. Šie fotoni atrodas elektromagnētiskā spektra infrasarkanajā daļā.
Minimālā enerģija, kas katram pusvadītāja materiālam nepieciešama elektronu atbrīvošanai, ir atkarīga no frekvenču joslas. Šī josla tos saista ar redzamajām krāsām no ultravioletā starojuma. Zem tā viņi nespēj atbrīvot elektronus, tāpēc elektriskās strāvas nebūs.
Fotonu problēma
Pāreja caur materiālu, lai atdalītu elektronus, ir nedaudz sarežģītāka. Ne visi fotoni to dara tieši. Tas ir tāpēc, ka, lai izietu caur materiālu, viņiem ir jāzaudē enerģija. Ja tiem, kas atrodas elektromagnētiskā spektra garākajā viļņa apgabalā, enerģijas jau ir maz, viņi to zaudē, saskaroties ar materiālu. Kad enerģija tiek zaudēta, daži fotoni nedaudz saduras ar elektroniem un nespēj tos novirzīt. Šie zaudējumi ir neizbēgami, un tie padara neiespējamu 100% saules enerģijas izmantošanu.
Citi enerģijas zudumi rodas, kad fotoni iziet cauri visam materiālam un tie nesaduras ar kādu elektronu, lai to izspiestu. Tā ir arī nenovēršama problēma.
Es ceru, ka šis raksts ir noskaidrojis fotoelementu efektu.