Jak działają baterie słoneczne?
2023.Aug
31
Wprowadzenie
Na powierzchni Ziemi jest mnóstwo energii: około 173 000 terawatów. Jeśli obliczymy, ile energii zużywa cała populacja planety, liczba ta wzrośnie ponad 10 000 razy. Aby w pełni wykorzystać energię słoneczną, przyjrzyjmy się, jak działa ogniwo słoneczne? A jak ta energia jest przekształcana w energię elektryczną?
Jak działa bateria słoneczna
Bateria
słoneczna to system składający się z dużej liczby powiązanych ze sobą ogniw fotowoltaicznych. Zwykle są wykonane z półprzewodników, z których najpowszechniejszym jest krzem. W ogniwie akumulatora krystaliczny krzem znajduje się pomiędzy dwiema warstwami o różnej przewodności, przy czym każdy atom jest połączony silnymi wiązaniami z czterema sąsiednimi warstwami. Połączenia te utrzymują elektrony i nie pozwalają na przepływ prądu. A więc jak działa ogniwo słoneczne: elektrony przechodzą z warstwy z nadmiarem elektronów (typ n) do warstwy z defektami (typ p), w tym przejściu nazywamy to złączem pn, jedna strona tworzy ładunek dodatni, a drugi ładunek ujemny po jednej stronie.
Światło słoneczne to strumień drobnych cząstek, a mianowicie: fotonów. Fotony zderzają się z fotokomórkami, „wyrzucając” elektrony ze złącza, pozostawiając w ich miejscu dziurę. Ze względu na efekt pola elektrycznego podczas przejścia pn, ujemnie naładowane elektrony przemieszczają się w kierunku dodatnio naładowanych dziur. Dlatego mobilne elektrony gromadzą się na powierzchni akumulatora. Następnie przepływają obwodem zewnętrznym do warstwy przeciwnej, wykonując jednocześnie pracę elektryczną.
Jedna taka fotokomórka ma moc 0,5 wata. Łącząc akumulatory w moduły można zwiększyć moc akumulatora, np. 12 akumulatorów wystarczy do naładowania telefonu komórkowego, oczywiście jeśli chcemy zasilić cały dom, to potrzeba wielu takich modułów. Ogniwa słoneczne mogą pracować przez dziesięciolecia, ponieważ jedynymi ruchomymi elementami w ich konstrukcji są elektrony, które wracają tam, skąd przybyły, co oznacza, że nic się nie marnuje ani nie zużywa.
(1) Na tę decyzję będą mieli wpływ nie tylko politycy, ale także wiodące firmy. Ponadto istnieje również problem fizyczny: energia słoneczna nie może być równomiernie rozłożona na powierzchni ziemi. Dzieje się tak na przykład w pochmurne dni lub w nocy. Oznacza to, że potrzeba więcej wysiłku, aby wyprodukować bardziej wydajne akumulatory, a także stworzyć infrastrukturę do magazynowania wytworzonej energii.
(2) Skuteczność samego ogniwa fotowoltaicznego wciąż rodzi wiele pytań. Jeśli światło słoneczne nie zostanie pochłonięte, lecz odbije się od powierzchni ogniwa lub jeśli elektrony powrócą do dziur przed przejściem przez obwód, energia fotonu zostanie utracona. Obecnie najwydajniejsze ogniwa mają sprawność na poziomie 46%, a większość fabryk jest mniej wydajna – około 15-20%.
Na obecnym poziomie rozwoju technologii słonecznej człowiek nadal może dostarczać energię światu. To tylko kwestia finansowania, stworzenia niezbędnej infrastruktury i znalezienia wystarczającej przestrzeni. Według wstępnych obliczeń do zainstalowania akumulatorów potrzeba powierzchni setek tysięcy kilometrów kwadratowych. Ale w rzeczywistości taki obszar jest trudny do znalezienia.
Setki milionów ludzi na całym świecie, szczególnie w krajach słabiej rozwiniętych, nie ma dostępu do niezawodnej energii. W wielu z tych krajów słońca jest naprawdę dużo. Dlatego w tych miejscach energia słoneczna będzie tańsza i bezpieczniejsza niż alternatywne źródła energii, takie jak paliwo.
Epilog
Każdego roku panele słoneczne stają się lepsze, tańsze i bardziej konkurencyjne w stosunku do istniejących źródeł energii. Być może w niedalekiej przyszłości technologia ta może zrewolucjonizować krajobraz naszej planety. nie mogę się doczekać!
