Як працює сонячні панелі

浜у 涓 蹇 Коледж права Пікс Сонячна енергетика вже охоплює понад 50% енергозатрат Німеччини. Очевидно, що майбутнє енергії – сонячні панелі. Які основні принципи їх роботи? У той же час сонячні клітини були використані практично виключно в просторі, наприклад, в якості основного джерела живлення для супутників. З тих пір сонячні панелі все частіше вводять наше життя: вони охоплюють дахи будинків і автомобілів, використовуються в зап'ясті годинники і навіть в темних келихах. Але як працюють сонячні батареї? Як можна перетворити енергію сонячного світла на електроенергію?

Основні принципи

Сонячні панелі складаються з фотоелектричних клітин, упакованих в загальний каркас. Кожен виготовлений з напівпровідникового матеріалу, таких як кремній, який найчастіше використовується в сонячних панелях.

Коли промені потрапляють на напівпровідник, він нагрівається, частково поглинаючи їх енергію. Приплив електронів енергії всередині напівпровідника. Електричне поле кріпиться на сонячну клітинку, яка направляє вільними електронами, викликаючи їх пересуватися в певному напрямку. Цей потік електронів утворює електричний струм.

Якщо ви наносите металеві контакти у верхній і нижній частині фотокліпу, ви можете направляти отриманий струм через дроти і використовувати його для роботи різних пристроїв. Поточна міцність разом з напругою осередку визначає потужність електроенергії, виробленої фотокліпу.



浜у 涓 蹇

Напівпровідники кремнію

Розглянемо процес електронів, використовуючи приклад кремнію. Силіконовий атом має 14 електронів в трьох оболонках. Перші дві оболонки повністю заповнені двома і вісім електронів, відповідно. Третя оболонка порожня, з тільки 4 електронів.

Через це кремній має кристалічну форму; намагаючись заповнювати порожнечі в третій оболонці, кремнієві атоми намагаються «поширювати» електрони з сусідами. Однак кристал кремнію в чистому вигляді є бідним провідником, так як практично всі його електрони міцно сидять в кристалі решітки.

Тому сонячні панелі не використовують чистий кремній, але кристали з невеликими домішками, тобто атоми інших речовин вводять в кремній. Є лише один атом за мільйон кремнієвих атомів, таких як атом фосфору.

Фосфор має п'ять електронів у зовнішній оболонці. Чотири з них утворюють кристалічні зв'язки з сусідніми атомами кремнію, але п'ятий електрон фактично залишається підвіскою в космосі, без будь-яких облігацій з сусідніми атомами.

Коли сонячні промені кремнію, електрони отримують додаткову енергію, що досить відірвати їх від відповідних атомів. В результаті «від свердловин» залишаються на місці. Звільнені електрони, що блукають через кристальну решітку як носії електричного струму. Коли вони відповідають іншому отвору, вони заповнюють його.

Однак в чистому кремнію такі вільні електрони занадто мало завдяки міцним зв’язкам атомів у кристальній решітці. Примітити ще одне - кремній з домішкою фосфору. Вивільнення електронів в атомах фосфору вимагає значно менше енергії.

Більшість таких електронів стають вільними носіями, які можуть бути ефективно спрямовані і використовуватися для створення електроенергії. Процес додавання домішок для поліпшення хімічних і фізичних властивостей речовини називається допінгом.

Силіконовий допед з атомами фосфору стає нетиповим електронним напівпровідником (від слова «негативний», завдяки негативному заряду електронів.

Силікон також додається з бороном, який має лише три електрони в її зовнішній оболонці. Результатом є напівпровідник типу p-типу (від "позитивних"), в якому виникають вільні позитивно заряджені "пробіги".

Сонячний акумуляторний пристрій

Так що відбувається при підключенні n-типового напівпровідника до напівпровідника p-типу? У першому з них утворилися вільні електрони, а в другому, багато отворів. Електрон, як правило, заповнювати отвори якомога швидше, але якщо це відбувається, як напівпровідники стануть електрично нейтральними.

замість того, коли вільні електрони вводять напівпровідник типу, область при з'єднанні обох речовин заряджається, утворюючи бар'єр, який не так легко перехреститься. На п-н межі переходу є електричне поле.

Енергія кожного фотона сонячного світла, як правило, достатньо, щоб звільнити одну електрону, і тому, щоб сформувати додатковий отвір. Якщо це відбувається біля стику p-n, електричне поле відправляється вільному електрону до n-side і отвір до с.

Таким чином, рівновага турбується ще більше, а якщо зовнішнє електричне поле наноситься на систему, вільні електрони припливуть до нижньої частини, щоб заповнити отвори, створюючи електричний струм.

На жаль, кремній відбиває світло досить добре, що означає, що значна частина фотонів зникне в марно. Для зменшення втрат сонячні клітини покривають антирефективним покриттям. Нарешті, щоб захистити сонячний акумулятор від дощу і вітру, він також налаштовує його зі склом.





Найбільший світовий сонячний корабель ПланетаСонячний PlanetSolar/Philip Plisson

Ефективність сучасних сонячних батарей не надто висока. Більшість з них ефективно обробляє 12 до 18 відсотків сонячного світла, які отримують. Найкращі зразки перехрещують 40% ККД бар’єр.



Джерело: naked-science.ru/article/nakedscience/how-solar-cells-work