Один з найважливіших процесів у світі Росії сонячна енергія є фотоелектричний ефект. Це фотоелектричний ефект, при якому утворюється електричний струм, який рухається від одного шматка до іншого, виготовленого з різних матеріалів. Ці матеріали піддаються дії сонячного світла або електромагнітного випромінювання. Цей ефект є основним у виробництві електричної енергії з фотоелектричних елементів сонячних панелей.
Якщо ви хочете знати, як працюють сонячні панелі та що таке фотоелектричний ефект, це ваш допис 🙂
Що таке фотоелектричний ефект?
Коли ми використовуємо сонячну панель для отримання електричної енергії, тим, чим ми користуємося, є енергія, яку мають частки сонячної радіації, щоб перетворити їх на корисну електричну енергію для нашого будинку. Фотоелектричні елементи - це напівпровідникові прилади, що складаються в основному з кремнію. У цих фотоелектричних елементах є деякі домішки від інших хімічних елементів. Однак кремній намагається бути якомога блядшим.
Фотоелектричні елементи здатні виробляти електроенергію постійним струмом, використовуючи енергію сонячного випромінювання. Проблема цього типу потоку полягає в тому, що він не використовується для дому. Постійну енергію потрібно перетворювати на альтернативну енергію, щоб використовувати її. Для цього потрібно інвертор живлення.
Фотоелектричний ефект робить це, що виробляє цю електричну енергію від сонячного випромінювання. Це випромінювання надходить у вигляді тепла, і завдяки цьому ефекту воно перетворюється на електрику. Щоб це сталося, фотоелектричні елементи слід розміщувати послідовно вздовж сонячних панелей. Це робиться для того, щоб ви могли отримати адекватну напругу, яка дозволяє виробляти електроенергію.
Очевидно, що не вся сонячна радіація, що надходить з атмосфери, перетворюється на електричну енергію. Частина втрачається відбиттям, а інша - передачею. Тобто, одна частина повертається в атмосферу, а інша частина проходить через клітину. Кількість випромінювання, здатне контактувати з фотоелементами, є тим, що змушує електрони перескакувати з одного шару в інший. Тоді створюється електричний струм, потужність якого пропорційна кількості випромінювання, яке остаточно потрапляє в клітини.
Характеристика фотоелектричного ефекту
Це таємниця, яку зберігають сонячні панелі. Напевно ви коли-небудь зупинялися, думаючи, як вони можуть генерувати електричний струм від сонця. Ну, мова йде про участь численних матеріалів, що складаються з провідних елементів. Один з них - кремній. Це елемент, який демонструє різну поведінку у відповідь на дію електрики.
Реакція цих напівпровідникових матеріалів повністю залежить від того, здатне джерело енергії збуджувати їх чи ні. Тобто, електрони переходять в інший більш енергетичний стан. У цьому випадку ми маємо джерело, здатне збуджувати ці електрони, тобто сонячне випромінювання.
Момент a фотон стикається з електроном з останньої орбіти атома кремнію, починається фотоелектричний ефект. Це зіткнення змушує електрон отримувати енергію від фотона і може збуджуватися. Якщо енергія, яку електрон набуває від фотона, перевищує енергію притягаючої сили ядра атома кремнію, ми зіткнемося з виходом електрона з орбіти.
Все це робить атоми вільними і може рухатися крізь весь напівпровідниковий матеріал. Коли це трапляється, кремній, який служить провідністю, відволікає всю енергію там, де він може бути корисним. Електрони, що звільнилися від зарядів, спрямовуються до інших атомів, де є вільні простори. Рух цих електронів називається струмом заряду.
Як це виробляється
Зарядні струми досягаються за допомогою струмопровідних матеріалів і постійно забезпечуючи це, щоб існувало електричне поле, яке має постійну полярність. Саме цей тип електричного поля починає штовхати електрони у всіх напрямках, щоб циркулювати електричний струм.
Якщо енергія електрона, що живиться фотоном, перевищує притягання ядра атома кремнію, він буде вільним. Щоб це сталося, сила, яку повинен мати вплив фотона на електрон, становить щонайменше 1,2 еВ.
Кожен тип напівпровідникового матеріалу має мінімальну енергію, необхідну для вивільнення електронів з атомів. Є фотони, які мають меншу довжину хвилі і походять від ультрафіолетового випромінювання. Як ми знаємо, ці фотони мають велику кількість енергії, що міститься. З іншого боку, ми знаходимо тих, у кого довжина хвилі довша, тому вони мають менше енергії. Ці фотони знаходяться в інфрачервоній частині електромагнітного спектра.
Мінімальна енергія, необхідна кожному напівпровідниковому матеріалу для вивільнення електронів, залежить від смуги частот. Ця група асоціює їх із тими, які потрапляють під ультрафіолетове випромінювання, до видимих кольорів. Нижче цього вони не можуть виділяти електрони, тому електричного струму не буде.
Проблема з фотонами
Проходження матеріалу для розділення електронів дещо складніше. Не всі фотони роблять це безпосередньо. Це тому, що для того, щоб пройти крізь матеріал, вони повинні втратити енергію. Якщо ті, хто знаходиться в області найдовшої хвилі електромагнітного спектра, вже мали мало енергії, вони в підсумку втрачають її під час контакту з матеріалом. Коли енергія втрачається, деякі фотони злегка стикаються з електронами і не можуть їх відхилити. Ці втрати неминучі, і саме тому унеможливлюють 100% використання сонячної енергії.
Інші втрати енергії виникають, коли фотони проходять через весь матеріал і вони не стикаються з будь-яким електроном, щоб витіснити його. Це також неминуча проблема.
Сподіваюся, ця стаття прояснила фотоелектричний ефект.