Làm thế nào để các tấm pin mặt trời hoạt động?

Cho dù trên máy tính chạy bằng năng lượng mặt trời hay trạm vũ trụ quốc tế, các tấm pin mặt trời tạo ra điện bằng cách sử dụng các nguyên tắc điện tử tương tự như pin hóa học hoặc các cửa hàng điện tiêu chuẩn.Với các tấm pin mặt trời, tất cả về dòng điện tử miễn phí thông qua một mạch. Để hiểu làm thế nào các tấm pin mặt trời tạo ra năng lượng điện, nó có thể giúp đưa một chuyến đi nhanh trở lại lớp học hóa học ở trường trung học.Yếu tố cơ bản của các tấm pin mặt trời là cùng một yếu tố đã giúp tạo ra cuộc cách mạng máy tính - silicon thuần túy.Khi silicon bị tước tất cả các tạp chất, nó tạo ra một nền tảng trung tính lý tưởng để truyền các electron.Silicon cũng có một số tính chất cấp nguyên tử khiến nó trở nên hấp dẫn hơn đối với việc tạo ra các tấm pin mặt trời. Các nguyên tử silicon có chỗ cho tám electron trong các dải bên ngoài của chúng, nhưng chỉ mang bốn ở trạng thái tự nhiên.Điều này có nghĩa là có chỗ cho bốn electron nữa.Nếu một nguyên tử silicon tiếp xúc với một nguyên tử silicon khác, thì mỗi nguyên tử sẽ nhận được bốn nguyên tử khác.Điều này tạo ra một liên kết mạnh mẽ, nhưng không có điện tích tích cực hay âm vì tám electron thỏa mãn các nguyên tử cần.Các nguyên tử silicon có thể kết hợp trong nhiều năm để dẫn đến một mảnh lớn silicon tinh khiết.Vật liệu này được sử dụng để tạo thành các tấm của các tấm pin mặt trời.

heres nơi khoa học đi vào bức tranh.Hai tấm silicon tinh khiết sẽ không tạo ra điện trong các tấm pin mặt trời, vì chúng không có điện tích dương hoặc âm.Các tấm pin mặt trời được tạo ra bằng cách kết hợp silicon với các yếu tố khác có điện tích dương hoặc âm.Phốt pho, ví dụ, có năm electron để cung cấp cho các nguyên tử khác.Nếu silicon và phốt pho được kết hợp hóa học, kết quả là tám electron ổn định với một electron miễn phí bổ sung cho chuyến đi.Nó không thể rời đi, bởi vì nó được liên kết với các nguyên tử phốt pho khác, nhưng nó không cần thiết bởi silicon.Do đó, tấm silicon/phốt pho mới này được coi là tích điện âm. Để điện để dòng điện, một điện tích dương cũng phải được tạo ra.Điều này đạt được trong các tấm pin mặt trời bằng cách kết hợp silicon với một yếu tố như boron, chỉ có ba electron để cung cấp.Một tấm silicon/boron vẫn còn một điểm cho một electron khác.Điều này có nghĩa là tấm có một điện tích dương.Hai tấm được kẹp với nhau trong các tấm pin mặt trời, với các dây dẫn chạy giữa chúng. Với hai tấm tại chỗ, giờ đã đến lúc mang đến khía cạnh mặt trời của các tấm pin mặt trời.Ánh sáng mặt trời tự nhiên gửi ra nhiều hạt năng lượng khác nhau, nhưng một hạt được quan tâm nhất được gọi là photon.Một photon về cơ bản hoạt động như một cây búa di chuyển.Khi các tấm âm của pin mặt trời được chỉ vào một góc thích hợp với mặt trời, các photon bắn phá các nguyên tử silicon/phốt pho.Cuối cùng, electron thứ 9, dù sao cũng muốn được tự do, bị đánh bật khỏi vòng ngoài.Electron này không được miễn phí lâu, vì tấm silicon/boron tích cực thu hút nó vào vị trí mở trên dải bên ngoài của chính nó.Khi các photon mặt trời phá vỡ nhiều electron hơn, điện được tạo ra.Điện được tạo ra bởi một pin mặt trời không ấn tượng lắm, nhưng khi tất cả các dây dẫn điện rút các electron tự do ra khỏi các tấm, có đủ điện để cung cấp năng lượng cho động cơ tốc độ thấp hoặc các thiết bị điện tử khác.Bất cứ electron nào không được sử dụng hoặc bị mất trong không khí đều được trả lại cho tấm âm và toàn bộ quá trình bắt đầu lại.Một trong những vấn đề chính với việc sử dụng các tấm pin mặt trời là lượng điện nhỏ mà chúng tạo ra so với kích thước của chúng.Một máy tính chỉ có thể yêu cầu một pin mặt trời duy nhất, nhưng một chiếc xe chạy bằng năng lượng mặt trời sẽ cần vài nghìn.Nếu góc của các tấm pin mặt trời được thay đổi một chút, hiệu quả có thể giảm 50 phần trăm.

Một số năng lượng từ các tấm pin mặt trời có thể được lưu trữ trong pin hóa học, nhưng thường không có nhiều powe dư thừar ở nơi đầu tiên.Cùng một ánh sáng mặt trời cung cấp các photon cũng cung cấp các sóng tia hồng ngoại và hồng ngoại phá hủy nhiều hơn, cuối cùng khiến các tấm làm suy giảm thể chất.Các tấm cũng phải được tiếp xúc với các yếu tố thời tiết phá hoại, cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả. Nhiều nguồn cũng gọi các tấm pin mặt trời là các tế bào quang điện, tham chiếu tầm quan trọng của ánh sáng (ảnh) trong việc tạo ra điện áp điện.Thách thức đối với các nhà khoa học trong tương lai sẽ là tạo ra các tấm pin mặt trời hiệu quả hơn là đủ nhỏ cho các ứng dụng thực tế và đủ mạnh để tạo ra năng lượng dư thừa cho thời gian khi ánh sáng mặt trời không có sẵn.