Фотоволтаичен ефект: производство, работа и приложение

  • Фотоволтаичният ефект превръща слънчевата светлина в електричество с помощта на силициеви клетки.
  • Фотоните възбуждат електрони в полупроводниците, причинявайки електрически ток.
  • Слънчевите панели изискват инвертор за трансформиране на постоянен ток в променлив ток.

Един от най-фундаменталните процеси при използването на слънчева енергия е фотоволтаичен ефект. Това е фотоелектричен феномен, чрез който се генерира електрически ток, когато електромагнитно лъчение (като слънчева светлина) падне върху два полупроводникови материала. Това явление е в основата на работата на фотоволтаичните клетки, налични в слънчевите панели, които позволяват преобразуването на слънчевата енергия в полезно електричество за домове или промишленост.

Какъв е фотоволтаичният ефект?

Как се получава фотоволтаичният ефект

El фотоволтаичен ефект Това е процесът, при който енергията, съдържаща се във фотоните на слънчевата радиация, се трансформира в постоянен електрически ток. Ключовото устройство за този процес е фотоволтаичната клетка, която е направена предимно от силиций, полупроводников материал, който е леко добавен с примеси, за да се подобри неговата проводимост.

Когато слънчевата светлина удари електрони в полупроводникови материали (обикновено силиций), фотоните възбуждат електроните, позволявайки им да се освободят от материала и да пътуват, създавайки електрически ток. Този ток в първоначалното си състояние е непрекъснат, което изисква използването на a инвертор на захранването за да го преобразувате в променлив ток и да го направите полезен за жилищна или промишлена употреба.

Въпреки че не цялата радиация се трансформира в електрическа енергия, използването се е подобрило с течение на времето благодарение на разработването на по-ефективни материали и по-добри инсталационни системи за слънчеви панели.

Характеристики на фотоволтаичния ефект

Инвертор на захранването

Фотоволтаичният процес зависи не само от полупроводниковите материали, но и от природата на фотоните в слънчевата светлина, които ги въздействат. Енергията, съдържаща се във фотоните, трябва да е достатъчна, за да освободи електроните от материала. В случай на силиций, фотонът трябва да има минимална енергия от 1,2 eV (електрон-волта), за да освободи електрони от своите атоми и да позволи генерирането на електрически ток.

Освен силиция, който е най-разпространеният материал благодарение на способността му да реагира на слънчевата радиация, други полупроводници, легирани с материали като бор или фосфор, също се експериментират с цел подобряване на проводимите им свойства. Това гарантира, че освободените електрони се движат ефективно и генерират електричество по-ефективно.

Фотоволтаичните слънчеви панели са съставени от множество клетки, свързани последователно, за да се постигне правилното напрежение. Ефективността на този процес обаче зависи от много фактори, като количеството получена слънчева светлина и качеството на полупроводниковия материал.

Как се получава фотоволтаичният ефект

Обяснен фотоволтаичен ефект

El фотоволтаичен ефект Започва, когато фотони от слънчева светлина ударят електрон във външната обвивка на атомите на полупроводниковия материал, обикновено силиций. Фотоните предават енергията си на електрона, позволявайки му да излезе от орбитата си. Ако фотонната енергия е достатъчна, електронът се освобождава и започва да се движи през материала, създавайки електрически ток.

Този процес протича ефективно в слънчеви клетки, проектирани с няколко слоя полупроводникови материали, улесняващи движението на електрони през материала за генериране на електрически ток. Въпреки това, не всички фотони са способни да освобождават електрони, което води до неизбежни загуби. Освен това, част от слънчевата радиация се отразява или предава през материала, което добавя още един източник на загуба на енергия.

За да оптимизират използването на слънчевата радиация, слънчевите панели използват антирефлексен слой, който минимизира загубата на фотони поради отражение, като по този начин увеличава количеството енергия, уловено от фотоволтаичните клетки.

Проблеми на фотоните във фотоволтаичния ефект

Фотоволтаичен ефект върху слънчев панел

Не всички фотони, които удрят слънчевите панели, се използват за генериране на електрически ток. Някои фотони, особено тези с по-дълги дължини на вълната (в инфрачервената област), нямат достатъчно енергия, за да освободят електрони. Тези фотони просто ще преминат през материала или ще бъдат отразени, което представлява загуба на енергия.

От друга страна, също така се случва, че някои фотони, въпреки че имат достатъчна енергия, губят част от тази енергия при сблъсък с атоми, без да освобождават електрон, достатъчно възбуден, за да генерира ток. Въпреки че се проучват подобрения в материалите за намаляване на тези загуби, те остават неизбежни в настоящата технология.

Въпреки тези ограничения, слънчевата енергия остава един от най-чистите и най-обещаващите източници за бъдещето, а напредъкът в ефективността на слънчевите панели продължава да подобрява количеството използвана енергия.

Предимства от използването на фотоволтаичния ефект

Използването на фотоволтаичен ефект предлага множество предимства както от екологична, така и от икономическа гледна точка. Някои от най-забележителните са:

  • Устойчивост: Енергията, генерирана чрез фотоволтаичния ефект, е напълно възобновяема и не генерира замърсяващи емисии.
  • Икономически спестявания: Инсталирайки фотоволтаични системи, потребителите могат значително да намалят сметката си за електроенергия и дори в някои случаи да генерират приходи чрез продажба на неизползван излишък от енергия.
  • Ниска поддръжка: Слънчевите панели изискват минимална поддръжка и обикновено имат живот над 25 години.
  • Енергийна автономност: Те позволяват на потребителите да произвеждат собствена енергия, намалявайки зависимостта от традиционните електрически мрежи.

Чрез интегрирането на тази технология в домовете и индустриите, тя допринася не само за по-малко въздействие върху околната среда, но и за намаляване на използването на изкопаеми горива.

За оптимизиране на работата на слънчевите панели и способността им да генерират електричество от фотоволтаичен ефект, от решаващо значение е тяхната инсталация да отчита адекватно наклона и ориентацията към слънцето, като максимизира количеството получена радиация.

Като цяло слънчевата енергия продължава да бъде все по-жизнеспособна и достъпна опция за много хора, допринасяйки за прехода към по-чист и по-ефективен модел на производство на енергия.


Оставете вашия коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

*

*

  1. Отговорен за данните: Мигел Анхел Гатон
  2. Предназначение на данните: Контрол на СПАМ, управление на коментари.
  3. Легитимация: Вашето съгласие
  4. Съобщаване на данните: Данните няма да бъдат съобщени на трети страни, освен по законово задължение.
  5. Съхранение на данни: База данни, хоствана от Occentus Networks (ЕС)
  6. Права: По всяко време можете да ограничите, възстановите и изтриете информацията си.