Principiul transformării energiei solare în energie electrică

Soarele și modulele fotovoltaice (SFEM - baterii solare).

În centrul acestei metode de obținere a energiei electrice este lumina soarelui. denumite în manuale ca radiație solară, radiații solare, fluxul de lumină sau un flux de particule elementare - Fotonov. Pentru noi, este interesant că, precum și fluxul de aer în mișcare, fluxul de lumină are energie! La o distanță de o unitate astronomică (149,597 870.66 km) de la soare, care este pământul nostru, iradiantă solare este de 1,360 W / m 2. A trece prin atmosfera Pământului, fluxul își pierde din intensitate din cauza reflecție și absorbția și la suprafața Pământului este deja egală cu







1000 W / m 2. Aici începe munca noastră: să folosim energia fluxului de lumină și să o transformăm în energia necesară pentru noi în viața de zi cu zi - energia electrică.

Sacrament această conversie are loc la un psevdokvadrate scurt cu colțuri rotunjite, care este tăiat dintr-un cilindru de siliciu (figura 2), Diametrul 125 mm si un nume - convertor fotoelectric (PEC). Cum?

Răspunsul la această întrebare a fost dat fizicilor care au descoperit un astfel de fenomen ca efectul fotoelectric. Efectul fotoelectric este fenomenul de ejecție a electronilor de la atomii unei substanțe sub influența luminii.

În anii 1900. Fizicianul german Max Planck a emis ipoteza: lumina este emisă și absorbită de porțiuni individuale - quanta (sau fotoni). Energia fiecărui foton este dată de E = h ∙ ν (nu al), unde h - constanta lui Planck egal cu 6,626 x 10 -34 J ∙ cu, ν - frecvența de fotoni. Ipoteza lui Planck pentru a explica fenomenul efectului fotoelectric, descoperit în 1887 de către omul de știință german Heinrich Hertz a studiat și om de știință experimental rus Alexander Grigorievici Stoletov, care, prin generalizarea rezultatelor, a stabilit următoarele trei legi ale efectului fotoelectric.

  1. Cu compoziția spectrală a luminii nemodificată, curentul de saturație este direct proporțional cu incidentul fluxului de lumină de pe catod.
  2. Energia cinetică inițială a electronilor rupte de lumină crește liniar cu frecvența crescândă a luminii și nu depinde de intensitatea ei.
  3. Un efect fotoelectric nu apare dacă frecvența luminii este mai mică decât o anumită cantitate caracteristică fiecărei substanțe, numită margine roșie.

Teoria efectului fotoelectric care clarifică misterul care domnește în FEP a fost dezvoltat de omul de știință german Albert Einstein în 1905. explicând legile efectului fotoelectric cu ajutorul teoriei cuantice a luminii. Plecând de la legea conservării și transformării energiei, Einstein a scris ecuația pentru echilibrul energetic în efectul fotoelectric:







unde: h ∙ ν este energia fotonului, A este funcția de lucru este lucrarea minimă care trebuie făcută pentru a ieși din electronul atomului substanței. Astfel, se pare că o particulă de lumină - un foton - este absorbită de un electron, care dobândește energie cinetică suplimentară ½m ∙ v2 și realizează lucrarea unei ieșiri din atom, care îi permite să se miște liber. O mișcare direcțională a încărcăturilor electrice este un curent electric sau, mai corect, în materie există o forță de antrenare electrică - EDS.

Pentru ecuația efectului fotoelectric în 1921, Einstein a primit Premiul Nobel.

Revenind din trecut în zilele noastre, vedem că "inima" bateriei solare este o celulă fotovoltaică (fotocelule semiconductoare), în care se realizează minunea miraculoasă a naturii - efectul Poarta (VFE). Aceasta constă în apariția unei forțe electromotoare în tranziția p-n sub acțiunea luminii. VFE sau un efect fotoelectric în stratul de barieră. - un fenomen în care electronii părăsesc corpul, trecând prin interfață într-un alt solid (semiconductor).

Semiconductorii sunt materiale care, în conductivitatea lor specifică, ocupă un loc intermediar între conductori și dielectrici și diferă de conductori printr-o dependență puternică a conductivității de concentrația impurităților, a temperaturii și a diferitelor tipuri de radiații. Semiconductorii sunt substanțe a căror lățime de bandă interzisă este de ordinul mai multor volți de electroni [eV]. Diferența de bandă este diferența dintre energiile electronilor dintr-un cristal semiconductor între nivelul inferior al benzii de conducție și nivelul superior al benzii de valență a semiconductorului.

Printre semiconductori sunt multe elemente chimice: germaniu, siliciu, seleniu, telur, arsenic, si altele, un mare număr de aliaje și compuși chimici (arseniură de galiu, etc.) Cel mai frecvent natural semiconductor de siliciu.. care reprezintă aproximativ 30% din scoarța pământului.

Silicon a fost destinat să devină un material pentru energia solară datorită distribuției sale largi în natură, luminozitate, lățimea adecvată a "benzii interzise" de 1,12 eV pentru absorbția energiei solare. Astăzi, piața sistemelor comerciale terestre este cel mai vizibil siliciu cristalin (aproximativ 90% din piața mondială) și celule solare subțiri (aproximativ 10% din piață).

Un element cheie al proiectării convertoarelor fotoelectrice de siliciu cristalin (PEP) este joncțiunea p-n. Într-o formă simplificată, FEP poate fi reprezentat ca un "sandwich": constă din straturi de siliciu dopate pentru a produce o joncțiune pn.

Una dintre principalele proprietăți ale joncțiunii p-n este capacitatea sa de a fi o barieră energetică pentru transportatorii actuali, adică să le treacă într-o singură direcție. În acest sens se bazează generarea curentului electric în celulele solare. Incidența de radiație pe suprafața elementului generează în volumul încărcăturilor de sarcină semiconductoare semne diferite - electroni (n) și găuri (p). Datorită joncțiunii proprietăților sale PN „comun“ ei, sărind peste fiecare tip numai „ei“ jumătate, și aleatoriu se deplasează în elementul purtători de ecran sunt pe părți opuse ale barierei, iar apoi poate fi transferat într-un circuit extern pentru aplicarea de tensiune pe sarcină și curentul electric într-un circuit închis conectat la celula solare.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: