Як працює сонячна батарея?
2023.Aug
31
Вступ
На поверхні Землі багато енергії: близько 173 000 терават. Якщо порахувати, скільки енергії витрачає все населення планети, то ця цифра збільшується більш ніж у 10 000 разів. Щоб повною мірою використовувати сонячну енергію, давайте подивимося, як працює сонячна батарея? І як ця енергія перетворюється на електрику?
Як працює сонячна батарея
Сонячна батарея це система, що складається з великої кількості пов’язаних фотоелементів. Зазвичай вони виготовляються з напівпровідників, найпоширенішим з яких є кремній. У елементі батареї кристалічний кремній знаходиться між двома шарами різної провідності, причому кожен атом з’єднаний міцними зв’язками з чотирма сусідніми шарами. Ці ланки утримують електрони і не пропускають струм. Отже, як працює сонячний елемент: електрони переходять із шару з надлишком електронів (n-типу) до шару з дефектами (p-типу), цей перехід ми називаємо pn-переходом, одна сторона утворює позитивний заряд і інший негативний заряд на одній стороні.
Сонячне світло — це потік дрібних частинок, а саме: фотонів. Фотони стикаються з фотоелементами, «виштовхуючи» електрони з місця з’єднання, залишаючи на їх місці дірку. Завдяки ефекту електричного поля pn-переходу негативно заряджені електрони рухаються до позитивно заряджених дірок. Тому рухливі електрони накопичуються на поверхні батареї. Потім вони течуть по зовнішньому ланцюгу до протилежного шару, одночасно виконуючи електричну роботу.
Один такий фотоелемент має потужність 0,5 Вт. Об'єднання батарей в модулі може збільшити потужність батареї, наприклад, 12 батарей достатньо для зарядки мобільного телефону, звичайно, якщо ви хочете живити весь будинок, то вам потрібно багато таких модулів. Сонячні батареї можуть працювати десятиліттями, оскільки єдиними рухомими елементами в їхній конструкції є електрони, і вони постійно повертаються туди, звідки прийшли, тобто ніщо не витрачається та не зношується.
(1) На це рішення впливатимуть не лише політики, а й провідні компанії. Крім того, існує також фізична проблема: сонячна енергія не може бути рівномірно розподілена на поверхні землі. Це набагато рідше, наприклад, у похмурі дні або вночі. Це означає, що потрібно докласти більше зусиль, щоб виробляти більш ефективні батареї, а також створити інфраструктуру для зберігання виробленої енергії.
(2) Ефективність самого фотоелектричного елемента все ще викликає багато питань. Якщо сонячне світло не поглинається, а замість цього відбивається від поверхні клітини, або якщо електрони повертаються до дірок перед тим, як пройти через ланцюг, енергія фотона втрачається. Зараз найефективніші клітини мають ефективність 46%, а більшість фабрик менш ефективні – близько 15-20%.
На нинішньому рівні розвитку сонячних технологій люди все ще можуть забезпечувати світ енергією. Це лише питання фінансування, створення необхідної інфраструктури та пошуку достатньої площі. За попередніми розрахунками, для встановлення батарей потрібна площа в сотні тисяч квадратних кілометрів. Але насправді таку територію важко знайти.
Сотні мільйонів людей у всьому світі, особливо в менш розвинених країнах, не мають доступу до надійної енергії. У багатьох із цих країн насправді багато сонця. Тому в цих місцях сонячна енергія буде дешевшою і безпечнішою за альтернативні джерела енергії, такі як паливо.
Епілог
З кожним роком сонячні панелі стають кращими, дешевшими та конкурентоспроможнішими з існуючими джерелами енергії. У найближчому майбутньому, можливо, ця технологія зможе революціонізувати ландшафт нашої планети. чекати з нетерпінням!
