Hogyan napelemek, az emulzió
Akkor valószínűleg szintén ismeri a „napenergia forradalom”, amely a hallás az elmúlt 20 évben - a gondolat, hogy eljön majd a nap, amikor mindannyian használjuk a szabad energia a nap. Csábító ígéret egy világos, napos, Nap küld mintegy 1000 watt energiát négyzetméterenként a föld felszínén, és ha tudnánk gyűjteni ezt az energiát, akkor könnyen az ingyenes energia a mi otthonok és irodák.
Ebben a cikkben fogjuk tanulni, hogyan napelemek átalakítani napenergiát közvetlenül elektromos árammá. A vizsgálat során, akkor miért a napenergia használata a mindennapi életben egyre közelebb és közelebb, és ezért továbbra is szükség van a kutatás, mielőtt ez a folyamat lesz érdemes.
Napelemek: átalakítása fotonok elektronok
Fotocellák, amit látsz a számológépek és műholdak napelemek vagy modulok (modulok - csak egy sejtcsoport elektromosan csatlakoztatva és elrendezve egy keretben). Napelemek, mint a szó azt jelenti, az átalakítás a napfényt közvetlenül elektromos árammá. Kezdve szinte kizárólagos használata az űrben, napelemek egyre inkább használják kevésbé egzotikus területeken az emberi élet. Lehet, hogy még biztosítani az energia otthonában. Hogyan ezek az eszközök működnek?
Fotovoltaikus (PV) elemek készülnek speciális anyagok úgynevezett félvezetők (félvezetők), mint például a szilícium, amely jelenleg a leggyakrabban használt általában. Mint ilyen, amikor fény éri a napelemet, egy bizonyos részét elnyeli a félvezető anyagban. Ez azt jelenti, hogy az energia a elnyelt fény át a félvezető. Ez az energia felszabadítja elektronok, amely lehetővé teszi számukra, hogy szabadon áramolhasson. Az összes fotocellák is lehet egy vagy több, elektromos mező, amely okozhat az elektronok által kibocsátott fény abszorpciós (abszorpciós) folyni egy bizonyos irányba. Ez elektronok áramlását a jelenlegi és és a támogatás a fém érintkezők telepített felett és alatt napelemek tudjuk venni ezt a jelenlegi kizárólag külső használatra. Például ez áram számológép. Ez az áram, párosulva a cellafeszültség (ami annak az eredménye, a belső mező vagy mezők) meghatározza az energia (vagy teljesítmény), amely generál egy fotocella.
Ez a rövid leírás az átalakítási folyamat, a leírás a fundamentumok. Nézzük meg részletesebben a példa egy egykristály szilícium napelem.
Mivel a szilícium napelem kapunk
A Szilícium van néhány különleges kémiai tulajdonságai, különösen a kristályos formában. A 14 szilíciumatom elektronok elosztva a három különböző membránok. Az első két kagyló mellett, a központban, teljesen kitöltve. A külső héj azonban csak félig tele van, és csak négy elektronokat. szilíciumatom mindenkor arra törekszik, hogy töltse ki ezt az utolsó shell (amelynek célja, hogy nyolc elektron). Ehhez azt elektront osztott a négy szomszédos szilíciumatom, azaz mintha minden atom tartja a kezét a szomszéd, hogy ebben az esetben minden egyes atom négy kezekkel négy szomszédok. Ez az, amit alkot, kristályos szerkezetű, és ez a szerkezet egy fontos pont az ilyen típusú napelemek.
Leírtuk a tiszta, kristályos szilícium. Tiszta szilícium egy gyenge elektromos vezető hiánya miatt a szabad elektronok, hogy lehet mozgatni, mint az elektronok egy jó vezető, ami a például a réz. Sőt, az összes elektron zárva kristályrácsába. Szilícium fotocella kissé módosított működni, mint egy napelem.
A szilícium fénydetektor használható szennyeződések - más atomok összekeverjük a szilícium atomok, kismértékben változó működési elvét. Általában úgy vélik, a szennyeződések, mint valami nem kívánt, de ebben az esetben nem lenne képes működni nélkülük. Ezek a szennyeződések ténylegesen hozzá egy adott célra. Vegyük diszpergált szilícium-foszfor-atom lehet egy atom per millió atom szilícium. A foszfor-öt elektronja van a külső keret, nem négy. Ezek mégis kapcsolódik a szomszédos szilíciumatom, de a lényeg az, hogy az egyik az elektronokat, „nem tartják keze által.” Ez nem képezi részét a kommunikáció, de van egy pozitív proton a foszfor nucleus helyett őt.
Amikor az energia esik tiszta szilíciumból, például a hő formájában, akkor okozhat némi elektronokat mentes a kötvények, és hagyjuk az atomok. Minden egyes esetben, ezen a ponton kialakított lyukba. Ezek az elektronok ezután vándorol véletlenszerűen kristályrács keresve újabb lyukat esik bele. Ezek az elektronok úgynevezett szabad hordozók, és továbbítja az elektromos áram. Tehát néhány közülük, tiszta szilíciumból és mégis, hogy haszontalan. A szennyezett szilícium kevert szilícium atomok ez - egy másik kérdés. Kiderült, hogy sokkal kevesebb energiát kiütni az egyik „extra” foszfor elektronok, mert nem köti kapcsolatok - a szomszédok nem tartja őket. Ennek eredményeként a legtöbb ilyen elektronok szabadulnak, és van egy sokkal több szabad hordozók, mint kellett volna, tiszta szilíciumból. A folyamat, hogy szennyeződések, hogy egy konkrét cél az úgynevezett adalékolás, és amikor a szilícium adalékolt foszfor, ennek eredményeként az úgynevezett N-típusú (N-típusú, N keletkezik a negatív - negatív), mert a terjedése szabad elektronokat. Adalékú N-típusú szilícium sokkal jobb hővezető, mint a tiszta szilícium.
Tény, hogy csak az egyik része a napelemek az N-típusú. A másik része adalékolt bór, amely csak három elektronok a külső keret, négy helyett, hogy legyen a P-típusú szilícium (P-típusú, P származik a pozitív - pozitív). Ahelyett, hogy a három elektronok álló, szilícium P-típusú három lyuk. Lyukak valójában csak hiányában elektronok, így az általuk a szemközti (pozitív) töltést. Utaznak, valamint az elektronok.
A móka akkor kezdődik, amikor elkezd össze a szilícium N-típusú és a P-típusú. Emlékezzünk vissza, hogy minden cella legalább egy elektromos mező. Anélkül, elektromos mező fotocella nem tudott dolgozni, és ez a mező keletkezik, amikor a szilícium egy N-típusú érintkezési P-típusú. Minden szabad elektronok N-oldali lyukak keresett venni őket mutatnak mind a lyukak a P-oldalán, és dühösen siet, hogy vigye őket.
anatómiája egy fotocella
Korábban a szilícium volt minden elektromosan semleges. Az extra elektronok egyensúlyban felesleges foszfor protonok. A hiányzó elektronok (lyukak) volt kiegyensúlyozott hiányzik protonok bór. Amikor lyukak és elektronok egyesítjük a vegyületet szilícium N- és P-típusú, akkor ez a semlegesség zavart. Minden szabad elektronok töltse ki az összes szabad lyukak? Nem. Ha ez megtörtént, akkor egy ilyen intézkedés nem lenne túl sikeres. Közvetlenül a vegyület, azonban ezek összekeverjük, és akadályt képez bonyolítja elektronok átvitelét az N-oldalról a P-oldalon. Végül, az egyensúlyi állapot eléréséig, és van egy elektromos mező választja el a két fél.
Ez az elektromos mező működik, mint egy dióda, amely lehetővé teszi (vagy toló) az elektronok áramlását a P-oldalon, hogy az N-oldalon, de fordítva nem. Ez olyan, mint egy hegy - elektronok könnyen tekercs alja felé a hegy (az N-oldalon), de nem tud mászni rajta (a P-oldalon).
Így van egy elektromos mező meghatalmazotti dióda, amelyben elektronok léphet csak egy irányban.
Amikor a fény formájában fotonok eltalálja a napelem, az energia szabadít elektron-lyuk párok.
Minden foton elég energiája, általában percenként pontosan egy elektron, így is van egy szabad lyuk. Ha ez történik, elég közel az elektromos mező, vagy ha a szabad elektron vagy szabad lyukat véletlenül esik bele sávja, a mező küld egy elektront a N-oldali és a P-lyuk egyik oldalán. Ez egy további ok, mert az sérti az elektromos semlegesség, és ha ad egy külső áramút, az elektronok áramlását rajta keresztül szülőhazájába (P-side) egyesülni lyukak küldött az elektromos mező, ami a munkát ezen az úton. Az elektronok áramlása generál áramot és az elektromos mező a fénysorompó egyik oka a stressz. A rendszer segítségével a jelenlegi és a feszültség, megkapjuk az energia termelnek.
Van még néhány lépést, mielőtt tudjuk használni cellában. Silicon egy nagyon fényes anyag, ami azt jelenti, hogy nagyon fényvisszaverő. A visszavert fotonok nem lehet használni a fényt érzékelő. Emiatt, a felső réteg a fénysorompó alkalmazzák tükrözésgátló bevonat veszteség csökkentésére, nem kevesebb, mint 5% a reflexiók.
Az utolsó lépés az üveg fedőlap, amely megvédi a sejtet a külső környezettől. Fotovoltaikus modulok készülnek csatlakoztatásával több elem (jellemzően 36) sorosan és párhuzamosan, hogy elérjék a kívánt feszültség és áram mennyiségeket, és forgalomba őket egy megbízható keretben, komplett fedéllel üveg és a pozitív és negatív terminálok a hátsó oldalon.
Mennyi napenergia által elnyelt a napelemek? Sajnos, a legtöbb, amit mi egyszerű sejt tudná venni - mintegy 25% -át, és a valószínűség 15% vagy annál kevesebb. Miért ilyen kevés?
Energiaveszteséget a fényérzékelő
A látható fény csak egy része az elektromágneses spektrum. Az elektromágneses sugárzás nem monokromatikus - ez képződik skáláját különböző hullámhosszú, és így az energia szintjét.
A fény lehet osztani különböző hullámhosszakon, és láthatjuk őket formájában a szivárvány. Mivel a fény, amely eléri a napelem, fotonok sokféle energiák kiderül, hogy egy részük nem lesz elég energiája, ezáltal egy elektron-lyuk pár. Ők csak áthaladnak az elem, mintha átlátszó. De vannak más fotonok túl sok energiát. Csak egy bizonyos mennyiségű energiát, mért elektronvolt (eV), és meghatározott anyagi (mintegy 1,1 eV a szilícium kristály) van szükség, hogy az elektron szabadon. Ez az úgynevezett ionizációs energia az anyag. Ha a fotonenergia nagyobb, mint a szükséges összeget, a többlet energia elvész (ha a foton kétszer annyi energiát, mint amennyi szükséges, és nem hozhat létre több, mint egy elektron-lyuk pár, de ez a hatás elhanyagolható.) Ennek eredményeként, ezek közül csak egy két oka van a veszteség mintegy 70% -át a sugárzó energia a mi elem.
Miért nem tudunk választani egy anyagot egy nagyon alacsony ionizációs, hogy több a foton? Sajnos, a mi ionizációs is meghatározza az erőt (feszültség) a mi elektromos mezőben, ha túl alacsony, mert megkapjuk a további áram (az elnyelés következtében több foton), elveszítjük egy kis feszültség. Ne felejtsük el, hogy az energia a feszültség szorozva áram. Az optimális ionizációs egyensúlyban között e két mutató, mintegy 1,4 eV a detektor készült egyetlen anyagból.
Mi is más veszteségeket. A elektronok kénytelenek áramlását az egyik oldalon a fénysorompó, hogy egy másik egy külső körön keresztül. Mi lehet fedezni az alsó része a fém bevonat, amely biztosítja a jó képességű, de ha teljesen felső részét borítja, a fotonok nem tudnak áthatolni a átlátszatlan karmester és elveszítjük az összes jelenlegi (néhány napelemek a tetején az összes használt átlátszó vezeték, de nem az összes) . Ha tesszük kapcsolatok csak az oldalán a mi elem, az elektronok kell utazni rendkívül hosszú (egy elektron), a távolságot a kapcsolatot. Vegye figyelembe, hogy a szilícium - a félvezető, ez nem olyan jól vezető, mint például a fém. Belső ellenállása (az úgynevezett soros ellenállás) meglehetősen magas, és nagy ellenállás azt jelenti, és nagy veszteségeket. Hogy csökkentse ezeket a veszteségeket, a napelem bevonva rács fém érintkezők, ami lerövidíti a távolságot, hogy az elektronok kell utazni, ami fedezi csak egy kis része a felület az elem. És még ebben az esetben néhány foton blokkolta a rács, ami nem lehet túl kicsi, vagy pedig saját ellenállása túl nagy lesz.