Hvordan fungerer solcellepaneler?

Uanset om det er på en solcelledrevet lommeregner eller en international rumstation, genererer solcellepaneler elektricitet ved hjælp af de samme principper for elektronik som kemiske batterier eller standard elektriske forretninger.Med solcellepaneler handler det om den frie strøm af elektroner gennem et kredsløb.

For at forstå, hvordan solcellepaneler genererer elektrisk strøm, kan det hjælpe med at tage en hurtig tur tilbage til gymnasiekemi.Det grundlæggende element i solcellepaneler er det samme element, der hjalp med at skabe computerrevolutionen - rent silicium.Når silicium er fjernet af alle urenheder, gør det en ideel neutral platform til transmission af elektroner.Silicon har også nogle egenskaber på atomniveau, der gør det endnu mere attraktivt for oprettelsen af solcellepaneler.

Siliciumatomer har plads til otte elektroner i deres ydre bånd, men kun bærer fire i deres naturlige tilstand.Dette betyder, at der er plads til fire flere elektroner mere.Hvis det ene siliciumatom kontakter et andet siliciumatom, modtager hver de andre atomer fire elektroner.Dette skaber en stærk binding, men der er ingen positiv eller negativ ladning, fordi de otte elektroner tilfredsstiller atomerne.Siliciumatomer kan kombineres i årevis for at resultere i et stort stykke rent silicium.To plader med rent silicium ville ikke generere elektricitet i solcellepaneler, fordi de ikke har nogen positiv eller negativ ladning.Solpaneler oprettes ved at kombinere silicium med andre elementer, der har positive eller negative ladninger.

Fosfor har for eksempel fem elektroner at tilbyde andre atomer.Hvis silicium og fosfor kombineres kemisk, er resultatet en stabil otte elektroner med et ekstra frit elektron med turen.Det kan/t forlade, fordi det er bundet til de andre fosforatomer, men det er ikke/t nødvendigt af silicium.Derfor betragtes denne nye silicium/fosforplade som negativt ladet.

For at elektricitet skal flyde, skal der også oprettes en positiv ladning.Dette opnås i solcellepaneler ved at kombinere silicium med et element som bor, som kun har tre elektroner at tilbyde.En silicium/borplade har stadig et sted tilbage til en anden elektron.Dette betyder, at pladen har en positiv ladning.De to plader er klemt sammen i solcellepaneler, med ledende ledninger, der kører mellem dem.

Med de to plader på plads, er det nu tid til at bringe solaspektet af solcellepaneler.Naturligt sollys sender mange forskellige energipartikler, men den, der var mest interesseret i, kaldes en foton.En foton fungerer i det væsentlige som en bevægende hammer.Når de negative plader af solceller peges på en ordentlig vinkel mod solen, bombarderer fotoner silicium/fosforatomer.

Til sidst bliver den 9. elektron, der alligevel ønsker at være fri, slået ud af den ydre ring.Denne elektron forbliver ikke fri længe, da den positive silicium/borplade trækker den ind på det åbne sted på sit eget ydre bånd.Når Suns -fotoner bryder flere elektroner af, genereres elektricitet.Elektriciteten genereret af en solcelle er ikke særlig imponerende, men når alle de ledende ledninger trækker de frie elektroner væk fra pladerne, er der nok elektricitet til at drive lavt ampningsmotorer eller anden elektronik.Uanset hvilke elektroner der ikke bruges eller går tabt i luften, returneres til den negative plade, og hele processen begynder igen.

Et af de største problemer med at bruge solcellepaneler er den lille mængde elektricitet, de genererer, sammenlignet med deres størrelse.En lommeregner kræver muligvis kun en enkelt solcelle, men en soldrevet bil kræver flere tusinde.Hvis vinklen på solcellepanelerne ændres endnu lidt, kan effektiviteten falde 50 procent.

Noget strøm fra solcellepaneler kan opbevares i kemiske batterier, men der er normalt ikke meget overskydende poweR i første omgang.Det samme sollys, der giver fotoner, giver også mere destruktive ultraviolette og infrarøde bølger, som til sidst får panelerne til at nedbrydes fysisk.Panelerne skal også udsættes for destruktive vejrelementer, som også alvorligt kan påvirke effektiviteten.

Mange kilder omtaler også solcellepaneler som fotovoltaiske celler, der refererer til betydningen af lys (fotos) i genereringen af elektrisk spænding.Udfordringen for fremtidige forskere vil være at skabe mere effektive solcellepaneler er små nok til praktiske anvendelser og kraftfulde nok til at skabe overskydende energi til tider, hvor sollys ikke er tilgængelig.