Један од најважнијих процеса у свету соларна енергија је фотонапонски ефекат. То је фотоелектрични ефекат у коме се производи електрична струја која путује од једног комада до другог направљеног од различитих материјала. Ови материјали су изложени сунчевој светлости или електромагнетном зрачењу. Овај ефекат је основни у производњи електричне енергије из фотонапонских ћелија соларних панела.
Ако желите да знате како раде соларни панели и какав је фотонапонски ефекат, ово је ваш пост 🙂
Који је фотонапонски ефекат?
Када користимо соларни панел за добијање електричне енергије, оно што ми користимо је енергија коју честице сунчевог зрачења морају да трансформишу у корисну електричну енергију за наш дом. Фотонапонске ћелије су полупроводничке компоненте састављене углавном од силицијума. Ове фотонапонске ћелије имају неке нечистоће из других хемијских елемената. Међутим, силицијум се покушава постићи што је више могуће.
Фотонапонске ћелије су способне да генеришу електричну енергију из једносмерне струје користећи енергију сунчевог зрачења. Проблем ове врсте потока је што се не користи за дом. Непрекидну енергију треба трансформисати у алтернативну енергију да би је користили. Ово захтева а претварач снаге.
Фотоволтаични ефекат производи електричну енергију из сунчевог зрачења. Ово зрачење долази у облику топлоте и захваљујући овом ефекту трансформише се у електричну енергију. Да би се то догодило, фотонапонске ћелије морају бити постављене у низу дуж соларних панела. Ово је учињено тако да можете добити одговарајући напон који омогућава производњу електричне енергије.
Очигледно је да се све сунчево зрачење које долази из атмосфере не трансформише у електричну енергију. Део се губи рефлексијом, а други преносом. Односно, један део се враћа у атмосферу, а други део пролази кроз ћелију. Количина зрачења која је у стању да контактира фотонапонске ћелије је оно због чега електрони скачу из једног слоја у други. Тада се ствара електрична струја чија је снага пропорционална количини зрачења које коначно погађа ћелије.
Карактеристике фотонапонског ефекта
Ово је мистерија коју соларни панели чувају. Сигурно сте икада застали и помислили како они могу створити електричну струју од сунца. Па, реч је о учешћу бројних материјала састављених од проводних елемената. Један од њих је силицијум. То је елемент који показује другачије понашање као реакцију на деловање електричне енергије.
Реакција ових полупроводничких материјала у потпуности зависи од тога да ли је извор енергије способан да их узбуди или не. Односно, електрони прелазе у друго енергичније стање. У овом случају имамо извор који је способан да побуди ове електроне, а то је сунчево зрачење.
Тренутак а фотон судара се са електроном из последње орбите атома силицијума, започиње фотонапонски ефекат. Овај судар доводи до тога да електрон прима енергију из фотона и може се узбудити. Ако је енергија коју електрон добије из фотона већа од привлачне силе језгра атома силицијума, суочићемо се са излазом електрона из орбите.
Све ово чини атоме слободним и они могу путовати кроз сав полупроводнички материјал. Када се то догоди, силицијум који служи као проводник преусмерава сву енергију тамо где може бити користан. Електрони ослобођени наелектрисања одлазе у друге атоме где има слободних простора. Кретање ових електрона је оно што се назива струја наелектрисања.
Како се производи
Струје наелектрисања постижу се употребом проводљивих материјала и непрекидно се то дешава тако да може постојати електрично поље које има константан поларитет. Управо ова врста електричног поља почиње да гура електроне у свим правцима да циркулишу електричну струју.
Ако енергија електрона који напаја фотон премашује привлачење језгра атома силицијума, биће слободна. Да би се ово догодило, сила коју утицај фотона мора да има на електрон је најмање 1,2 еВ.
Свака врста полупроводничког материјала има минималну енергију потребну за ослобађање електрона из својих атома. Постоје фотони краће таласне дужине који потичу од ултраљубичастог зрачења. Као што знамо, ови фотони имају велику количину садржане енергије. С друге стране, налазимо оне чија је таласна дужина дужа, па имају мање енергије. Ови фотони се налазе у инфрацрвеном делу електромагнетног спектра.
Минимална енергија потребна сваком полупроводничком материјалу за ослобађање електрона зависи од фреквенцијског опсега. Овај бенд их повезује од оних који долазе у ултраљубичастом зрачењу до видљивих боја. Испод тога нису у стању да ослобађају електроне, па неће бити електричне струје.
Проблем фотона
Пролазак кроз материјал за раздвајање електрона је нешто сложенији. Не раде то сви фотони директно. То је зато што да би прошли кроз материјал морају изгубити енергију. Ако су они у региону најдужих таласних дужина електромагнетног спектра већ имали мало енергије, на крају ће је изгубити током контакта са материјалом. Када се енергија изгуби, неки фотони се лагано сударају са електронима и не могу их одбити. Ови губици су неизбежни и онемогућавају 100% соларне употребе.
Остали губици енергије настају када фотони прођу кроз сав материјал и не сударају се ни са једним електроном да би га истиснули. Ово је такође незаобилазан проблем.
Надам се да је овај чланак разјаснио фотонапонски ефекат.