Jak działają kolektory słoneczne?

Energia słoneczna obejmuje już ponad 50% zużycia energii w Niemczech. Jest oczywiste, że przyszłość energii - dla paneli słonecznych. Jakie są podstawowe zasady ich pracy?

Po fotokomórek wykorzystywane niemal wyłącznie w przestrzeni, takie jak podstawowe źródło zasilania satelitów. Ponieważ panele słoneczne są coraz bardziej częścią naszego życia: oni pokrywania dachów domów i samochodów używanych w rękę, a nawet okulary.

Panele słoneczne © Flickr / O`Connor College of Law Pix

Ale jak zrobić funkcję kolektory słoneczne? Jak to jest możliwe do konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną?

podstawowe zasady

Panele słoneczne składają się z ogniw fotowoltaicznych pakowane we wspólnej ramie. Każdy z nich jest wykonany z materiału półprzewodnikowego, takiego jak krzem, który jest najczęściej używany do ogniw słonecznych.

Kiedy promieniowanie pada na półprzewodniku ogrzane pochłaniającym energię. Energia napływ uwalnia elektrony wewnątrz półprzewodnika. Do fotokomórki przyłączone pola elektrycznego, które kieruje elektrony, powodując, że porusza się w określonym kierunku. Ten strumień elektronów i tworzy prąd elektryczny.

Film: Jak Panele słoneczne pracy. Jak zbierać paneli słonecznych

Jeśli zastosujemy styki metalowe na górze i na dole fotokomórki mogą wysyłać wynikowy prąd przez druty i użyć go do różnych urządzeń. Natężeniu prądu wraz z napięcia komórek określa moc elektryczna wytwarzana przez fotokomórkę.

półprzewodniki krzemowe

Uznanie procesu uwalniania elektronów na przykład krzem. Atom krzemu ma 14 elektronów w trzech skorup. Pierwsze dwie skorupy są całkowicie wypełniona przez dwie do ośmiu elektronów, odpowiednio. Trzecia powłoka jest w połowie pusta - ma tylko 4 elektrony.

Film: Jak Panele słoneczne pracy? NIA Ed [w rosyjskich]

W ten ma krystaliczną krzemu Receptura próby wypełnić pustki w trzeciej powłoki, przy czym atomy krzemu są Próbując „Udostępnianie” elektronów z sąsiadów. Jednak kryształ krzemu w czystej postaci - słabym przewodnikiem, ponieważ praktycznie wszystkie swoje elektrony są mocno osadzony w sieci krystalicznej.

W związku z tym w ogniwach słonecznych nie używając czystego krzemu i kryształy o małych ilościach, np. E. atomy innych substancji wprowadza się do krzemu. Na milion atomy krzemu ma tylko jeden atom, na przykład atom fosforu.

Na fosforu pięć elektronów w zewnętrznej powłoce. Cztery z tych postaci krystalicznej powodu pobliskich atomów krzemu, ale piąty elektron faktycznie pozostaje „wisi” w przestrzeni bez żadnych obligacji z sąsiednimi atomami.

Gdy promienie słoneczne krzem upadek, jego elektrony otrzymują dodatkową energię, która jest wystarczająca, aby odłączyć je od odpowiadających węgla. W rezultacie, „dziury” pozostanie na swoim miejscu. Uwolnione elektrony wędrują taką samą sieć krystaliczną, jak nośniki prądu elektrycznego. W obliczu kolejnej „dziury”, one wypełnić go.

Jednak z czystego krzemu takich wolnych elektronów jest zbyt niska z powodu silnych wiązań węgla w sieci krystalicznej. To jest zupełnie inna sprawa - krzem z domieszką fosforu. Aby zwolnić niezwiązanych elektronów w atomach fosforu musiał użyć znacznie mniejszej ilości energii.

Większość z tych elektronów stają się wolne nośniki, które mogą skutecznie kierować i używane do generowania energii elektrycznej. Proces dodawania zanieczyszczeń w celu polepszenia właściwości chemicznych i fizycznych substancji nazywa domieszkujący.

Fosforu krzemu z domieszką węgla się elektronicznie półprzewodnikowej typu n, (słowo «negatywny», ponieważ ładunek ujemny elektronów).

Krzem jest również domieszkowana borem, które ma tylko trzy elektrony w zewnętrznej powłoce. Wynikiem jest półprzewodnikiem typu p (od «pozytywne»), przy czym nie są wolne od naładowanych dodatnio „dziury”.

Słoneczna ładowarka

Co się dzieje, gdy łączą półprzewodnika typu n o p półprzewodnika typu? Pierwszy z nich powstał dużo wolnych elektronów, a drugi - dużo dziur. Elektrony mają tendencję jak jak najszybciej wypełnić dziurę, ale jeśli to robi, zarówno półprzewodników stać elektrycznie obojętne.

Kiedy natomiast przenikanie wolnych elektronów w obszarze półprzewodnika typu p, na połączeniu tych dwóch substancji jest obciążony tworzą barierę, która nie porusza się tak łatwo. Na granicy p-n przejście pola elektrycznego.

Energia światła słonecznego każdego fotonu zwykle wystarcza do uwolnienia jednego elektronu, a tym samym tworzenie się jeden dodatkowy otwór. Jeżeli tak się stanie w pobliżu węzła p-n, pole elektryczne o swobodnym elektronu wysyła n boku, a otwór - P-boku.

W ten sposób, równowaga jest zakłócony więcej i, jeżeli są stosowane w systemie, zewnętrznego pola elektrycznego, wolne elektrony płyną w p-boku do wypełnienia otworu, tworząc prąd elektryczny.

Wideo: Jak działa ogniwo słoneczne

Niestety, krzem całkiem dobrze odbija światło, co oznacza, że ​​znaczna część fotonów stracił na próżno. Aby zmniejszyć straty, powlekane ogniwa słoneczne z powłoką antyrefleksyjną. Wreszcie, aby chronić baterię słoneczną przed deszczem i wiatrem, ale także postanowił pokryć szkło.

Efektywność współczesnej czynnika solarnego nie jest zbyt wysoka. Większość z nich skutecznie przetwarzane przez 12 do 18 proc docierającego światła słonecznego. Najlepsze próbki przeszły skuteczność bariery 40 procent.