Сонячна енергія дивовижна 

В середньому на кожен квадратний метр поверхні землі надходить 164 вт сонячної енергії (цифру ми пояснимо більш детально нижче). Іншими словами, ви могли б поставити дійсно потужну (150 вт) настільну лампу на кожен квадратний метр поверхні землі і висвітлити всю планету енергією сонця! або, іншими словами, якщо б ми покрили лише один відсоток пустелі Сахара сонячними батареями, ми могли б генерувати достатньо електроенергії, щоб живити весь світ. Це добре в сонячній енергії: її дуже багато-набагато більше, ніж ми могли б коли-небудь використовувати. Також хочемо вам порекомендувати сонячні батареї переглянути на сайтi фірми SUNSAY Energy .

Але є і зворотна сторона. Енергія, яку посилає сонце, прибуває на землю як суміш світла і тепла . Обидва неймовірно важливі: світло змушує рослини рости, забезпечуючи нас їжею, а тепло зберігає нас достатньо теплими, щоб вижити, — але ми не можемо використовувати ні сонячне світло, ні тепло безпосередньо для керування телевізором або автомобілем. Нам потрібно знайти якийсь спосіб перетворення сонячної енергії в інші види енергії, які ми могли б використовувати легше, наприклад, електрику. І це саме те, що роблять сонячні елементи.

Щоб дізнатися, як працюють сонячні панелі, вам потрібно зрозуміти, як вони зроблені

Багато сонячних панелей використовують кремній, один з найпоширеніших елементів планети. Але оскільки створення кристалів кремнію відповідної якості складно і дорого, домашні сонячні системи зазвичай будуються з аналогічних, але менш дорогих матеріалів, таких як мідь, індій, галій і селенід (cigs). Вони не такі ефективні, як високоякісний кремній, але все ж забезпечують достатню потужність при розумних витратах.

Кремній-це матеріал, з якого зроблені транзистори (крихітні перемикачі) в мікросхемах, і сонячні елементи працюють аналогічним чином. Кремній-це матеріал, який називається напівпровідником . Деякі матеріали, особливо метали, дозволяють електриці проходити через них дуже легко; вони називаються провідниками. Інші матеріали, такі як пластик і дерево , взагалі не дозволяють електрики текти через них; вони називаються ізоляторами. Напівпровідники, такі як кремній, не є ні провідниками, ні ізоляторами: вони зазвичай не проводять електрику, але за певних обставин ми можемо змусити їх це робити.

Сонячний елемент являє собою сендвіч з двох різних шарів кремнію, які були спеціально оброблені або леговані, щоб вони могли електрикою проходити через них певним чином. Нижній шар легований, тому в ньому занадто мало електронів. Він називається кремнієм p-типу або позитивного типу (тому що електрони заряджені негативно, і їх в цьому шарі занадто мало). Верхній шар легований протилежним чином, щоб дати йому трохи занадто багато електронів. Це називається кремнієм n-типу або негативного типу.

Коли ми поміщаємо шар кремнію n-типу на шар кремнію p-типу, на стику двох матеріалів створюється бар’єр (найважливіша межа, де зустрічаються два види кремнію). Ніякі електрони не можуть перетнути бар’єр, тому, навіть якщо ми підключимо цей кремнієвий бутерброд до ліхтарика, струм не буде текти: лампочка не загориться. Але якщо ми проливаємо світло на бутерброд, відбувається щось чудове. Ми можемо думати про світло як про потік енергійних “легких частинок”, званих фотонами., коли фотони потрапляють в наш сендвіч, вони віддають свою енергію атомам в кремнії. Вхідна енергія вибиває електрони з нижнього шару p-типу, тому вони перестрибують через бар’єр до шару n-типу вище і течуть по колу. Чим більше світла світить, тим більше електронів підстрибує і тече більше струму.

Це те, що ми маємо на увазі під фотоелектричною напругою, що створює світло, і це один з видів того, що вчені називають фотоелектричним ефектом .

Видиме сонячне світло складається з невидимих частинок, які називаються фотонами. У них є енергія, але нульова маса спокою. Коли фотони стикаються з іншими частинками, їх енергія перетворюється в інші форми в залежності від виду атомів, до яких вони торкаються. Більшість зіткнень створюють тільки тепло.

Але електрика також може бути вироблена, коли фотони роблять електрони в атомах настільки збудженими, що вони відриваються і переміщаються вільно. Кремнієві електрони n-типу шукають електрони в кремнії p-типу, щоб замінити відсутні електрони і потік між двома отриманими типами.

Чудові властивості напівпровідників, таких як кремній, дозволяють підтримувати електричний дисбаланс. Це означає постійну подачу електрики, поки фотони потрапляють на сонячні панелі. Струм збирається по проводах і поширюється по всій системі.

Сонячний елемент являє собою сендвіч з кремнію n-типу (синій) і кремнію p-типу (червоний). Він генерує електрику, використовуючи сонячне світло, щоб електрони перестрибували через з’єднання між різними ароматами кремнію:

• коли сонячне світло падає на клітину, фотони (легкі частинки) бомбардують верхню поверхню.
• фотони (жовті краплі) несуть свою енергію через клітину.
• фотони віддають свою енергію електронам (зеленим плямам) в нижньому шарі p-типу.
• електрони використовують цю енергію, щоб перестрибнути через бар’єр у верхній шар n-типу і піти в контур.
• обтікання ланцюга електронами змушує лампу загорітися.

Основне правило фізики, зване законом збереження енергії, говорить, що ми не можемо чарівним чином створювати енергію або змусити її зникнути в повітрі; все, що ми можемо зробити, це перетворити його з однієї форми в іншу. Це означає, що сонячний елемент не може виробляти більше електричної енергії, ніж він отримує кожну секунду як світло. На практиці, як ми незабаром побачимо, більшість клітин перетворює близько 10-20 відсотків енергії, яку вони отримують, в електрику. Типовий одноперехідний кремнієвий сонячний елемент має теоретичний максимальний ККД близько 30 відсотків, відомий як межа Шоклі – Кейссера, це в основному тому, що сонячне світло містить широку суміш фотонів з різними довжинами хвиль і енергією, і будь одноперехідний сонячний елемент буде оптимізований для захоплення фотонів тільки в межах певної смуги частот, витрачаючи даремно інше. Деякі з фотонів, що потрапляють на сонячний елемент, не мають достатньо енергії, щоб вибити електрони, тому вони ефективно витрачаються даремно, в той час як у деяких занадто багато енергії, а надлишок також втрачається. Найкращі, передові лабораторні клітини можуть управляти 46-відсотковою ефективністю в абсолютно ідеальних умовах, використовуючи безліч сполук для захоплення фотонів з різною енергією.