Obliczenia instalacji fotowoltaicznej. Fotowoltaiczna konwersja energii słonecznej Czynniki wpływające na sprawność ogniw fotowoltaicznych

Efektywna konwersja darmowych promieni słonecznych na energię, którą można wykorzystać do zasilania mieszkań i innych obiektów, jest ukochanym marzeniem wielu zwolenników zielonej energii.

Ale zasada działania baterii słonecznej i jej wydajność są takie, że nie można jeszcze mówić o wysokiej wydajności takich systemów. Byłoby miło mieć własne dodatkowe źródło energii elektrycznej. Czyż nie? Co więcej, już dziś w Rosji za pomocą paneli słonecznych „bezpłatna” energia elektryczna jest z powodzeniem dostarczana do znacznej liczby prywatnych gospodarstw domowych. Nadal nie wiesz, od czego zacząć?

Poniżej opowiemy o urządzeniu i zasadach działania panelu fotowoltaicznego, dowiesz się od czego zależy wydajność instalacji fotowoltaicznej. A filmy zamieszczone w artykule pomogą ci złożyć panel słoneczny z fotokomórek własnymi rękami.

W temacie „energii słonecznej” jest wiele niuansów i niejasności. Początkującym często trudno jest na początku zrozumieć wszystkie nieznane terminy. Ale bez tego nierozsądne jest angażowanie się w energię słoneczną, nabywanie sprzętu do generowania prądu „słonecznego”.

Z niewiedzy można nie tylko wybrać zły panel, ale po prostu go spalić po podłączeniu, albo wyciągnąć z niego za mało energii.

Galeria obrazów

Maksymalny zwrot z panelu słonecznego można uzyskać tylko wiedząc, jak on działa, z jakich komponentów i zespołów się składa oraz jak to wszystko jest poprawnie połączone.

Drugi niuans to pojęcie terminu „bateria słoneczna”. Zwykle słowo „bateria” odnosi się do urządzenia przechowującego energię elektryczną. Albo przychodzi na myśl banalny grzejnik. Jednak w przypadku baterii słonecznych sytuacja jest diametralnie inna. Nic nie gromadzą.

Fotoelektryczna metoda zamiany energii słonecznej na energię elektryczną opiera się na zjawisku efektu fotoelektrycznego - uwolnieniu elektronów przewodzących w odbiorniku promieniowania pod wpływem kwantów promieniowania słonecznego.

Efekt ten jest wykorzystywany w materiałach półprzewodnikowych, w których energia kwantów promieniowania hn tworzy np. P–N-przejściowy fotoprąd

Jeśli=eN e,

Gdzie N e- liczba elektronów, które tworzą różnicę potencjałów na złączu, w wyniku czego w złączu popłynie prąd upływu w przeciwnym kierunku I, równy fotoprądowi, który jest stały.

Straty energii w konwersji fotoelektrycznej wynikają z niepełnego wykorzystania fotonów, a także z rozpraszania, oporu i rekombinacji elektronów przewodzących, które już powstały.

Najpopularniejszym z dostępnych na rynku ogniw słonecznych (fotokomórek) są krzemowe ogniwa lamelarne. Istnieją również inne typy i projekty, które są opracowywane w celu zwiększenia wydajności i obniżenia kosztów ogniw słonecznych.

Grubość ogniwa słonecznego zależy od jego zdolności do pochłaniania promieniowania słonecznego. Materiały półprzewodnikowe, takie jak krzem, arsenek galu itp., są używane, ponieważ zaczynają pochłaniać promieniowanie słoneczne o wystarczająco dużej długości fali i mogą przekształcić znaczną jego część w energię elektryczną. Absorpcja promieniowania słonecznego przez różne materiały półprzewodnikowe osiąga największą wartość, gdy grubość płytki wynosi od 100 do 1 µm lub mniej.

Zmniejszenie grubości ogniwa słonecznego może znacznie obniżyć zużycie materiałów i koszt ich wytworzenia.

Różnice w zdolności absorpcyjnej materiałów półprzewodnikowych tłumaczy się różnicami w ich strukturze atomowej.

Sprawność przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną nie jest wysoka. Dla elementów krzemowych nie więcej niż 12...14%.

Aby zwiększyć wydajność ogniw słonecznych, na przednią stronę ogniwa słonecznego nakładane są powłoki antyrefleksyjne. W rezultacie zwiększa się udział przepuszczanego promieniowania słonecznego. Niepowlekane elementy mają straty odbicia do 30%.

Ostatnio do produkcji ogniw słonecznych zastosowano szereg nowych materiałów. Jednym z nich jest krzem amorficzny, który w przeciwieństwie do krzemu krystalicznego nie ma regularnej budowy. Dla struktury amorficznej prawdopodobieństwo absorpcji fotonu i przejścia do pasma przewodnictwa jest większe. Dzięki temu ma dużą zdolność wchłaniania. Arsenek galu (GaAs) również znajduje zastosowanie. Teoretyczna wydajność ogniw opartych na GaAs może sięgać 25%, rzeczywiste ogniwa mają wydajność około 16%.

Rozwijana jest technologia cienkowarstwowych ogniw słonecznych. Pomimo tego, że sprawność tych elementów w warunkach laboratoryjnych nie przekracza 16%, mają one niższy koszt. Jest to szczególnie cenne dla zmniejszenia kosztów i zużycia materiałów w produkcji masowej. W USA i Japonii elementy cienkowarstwowe wykonuje się na krzemie amorficznym o powierzchni 0,1...0,4 m2 z wydajnością 8...9%. Najpopularniejszymi cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi są ogniwa z siarczku kadmu (CdS) o wydajności 10%.

Kolejnym postępem w technologii cienkowarstwowych ogniw słonecznych była produkcja ogniw wielowarstwowych. Pozwalają na pokrycie dużej części widma promieniowania słonecznego.

Aktywny materiał ogniwa słonecznego jest dość drogi. W celu efektywniejszego wykorzystania promieniowanie słoneczne jest gromadzone na powierzchni ogniwa słonecznego za pomocą układów skupiających (rys. 2.7).

Wraz ze wzrostem strumienia promieniowania charakterystyka elementu nie ulega pogorszeniu, jeśli jego temperatura jest utrzymywana na poziomie temperatury otoczenia przy użyciu aktywnego lub pasywnego chłodzenia.

Istnieje duża liczba systemów skupiających opartych na soczewkach (zwykle płaskich soczewkach Fresnela), lustrach, pryzmatach całkowitego wewnętrznego odbicia itp. Jeśli występuje bardzo nierównomierne napromieniowanie fotokomórek lub modułów, może to doprowadzić do zniszczenia ogniwa słonecznego.

Zastosowanie systemów koncentrujących zmniejsza koszty elektrowni słonecznych, ponieważ ogniwa koncentrujące są tańsze niż ogniwa słoneczne.

Wraz ze spadkiem cen ogniw fotowoltaicznych pojawiła się możliwość budowy wielkoskalowych instalacji fotowoltaicznych. Do 1984 roku w USA, Włoszech, Japonii, Arabii Saudyjskiej i Niemczech zbudowano 14 stosunkowo dużych elektrowni słonecznych o mocy od 200 kW do 7 MW.

Instalacja fotowoltaiczna posiada szereg zalet. Wykorzystuje czyste i niewyczerpalne źródło energii, nie posiada ruchomych części, dzięki czemu nie wymaga stałego monitorowania przez personel konserwacyjny. Ogniwa słoneczne mogą być produkowane masowo, co obniży ich koszt.

Panele słoneczne są montowane z modułów słonecznych. Istnieje jednak duży wybór typów i rozmiarów tych urządzeń o tej samej sprawności konwersji energii i tej samej technologii wykonania.

Ponieważ dostawa energii słonecznej ma charakter okresowy, najbardziej racjonalne jest włączenie systemów fotowoltaicznych do elektrowni hybrydowych, które wykorzystują zarówno energię słoneczną, jak i gaz ziemny. Na tych stacjach można zastosować turbiny gazowe nowej generacji. Hybrydowe małe elektrownie, składające się z paneli fotowoltaicznych i generatorów diesla, są już niezawodnymi dostawcami energii.

Koniec pracy -

Ten temat należy do:

Katedra ciepłownictwa przemysłowego.. notatki z wykładów na temat Nivie Gribanov a i .. tekst został wydrukowany ..

Jeśli potrzebujesz dodatkowych materiałów na ten temat lub nie znalazłeś tego, czego szukałeś, polecamy skorzystanie z wyszukiwarki w naszej bazie prac:

Co zrobimy z otrzymanym materiałem:

Jeśli ten materiał okazał się dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:

Wszystkie tematy w tej sekcji:

Zasoby energetyczne planety
Zasoby energetyczne to obiekty materialne, w których skoncentrowana jest energia. Energię można warunkowo podzielić na rodzaje: chemiczną, mechaniczną, termiczną, elektryczną itp. Do głównych źródeł energii z

Możliwości wykorzystania surowców energetycznych
Energia syntezy jądrowej Energia syntezy jądrowej to energia syntezy helu z deuteru. Deuter to atom wodoru, którego jądro składa się z jednego protonu i jednego neutronu.

Zasoby energetyczne Rosji
Rosja ma ogromne rezerwy surowców energetycznych, aw szczególności węgla. Potencjał teoretyczny to rezerwy paliwa, które nie są specjalnie weryfikowane. Potencjał techniczny

Pozyskiwanie energii w elektrowniach cieplnych
Podobnie jak w większości krajów świata, większość energii elektrycznej w Rosji jest wytwarzana w TPP spalających paliwa kopalne. Elektrociepłownie wykorzystują jako paliwo paliwa stałe, płynne i gazowe.

Harmonogram zmiennego zużycia energii
W ciągu dnia zużycie energii elektrycznej nie jest takie samo. W godzinach szczytu gwałtownie wzrasta, a nocą znacznie spada. Dlatego system elektroenergetyczny musi mieć bazowe moce działające w

Problemy z przesyłem energii elektrycznej
Przesyłanie energii elektrycznej na duże odległości wiąże się ze stratami w liniach elektroenergetycznych. Strata energii elektrycznej jest równa iloczynowi natężenia prądu i el. rezystancja drutu. przewodowy mo

Turbiny gazowe i elektrownie z cyklem kombinowanym (GTU i CCGT)
Obecnie turbiny gazowe i elektrownie gazowo-parowe są najbardziej obiecującymi ze wszystkich elektrowni do produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Zastosowanie tych instalacji w wielu krajach świata

Instalacje magnetohydrodynamiczne (MGDU)
Obiecujące jest również wykorzystanie elektrowni opartych na generatorze magnetohydrodynamicznym. Cykl MGDU jest taki sam jak GTP, czyli adiabatyczne sprężanie i rozprężanie płynu roboczego, zasilanie izobaryczne

ogniwa paliwowe
Obecnie ogniwa paliwowe są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej do wytwarzania energii elektrycznej. Pierwiastki te przekształcają energię reakcji chemicznych w energię elektryczną. Chemiczny

Pompy ciepła
TN nazywane są urządzeniami działającymi w odwrotnym cyklu termodynamicznym i są przeznaczone do przenoszenia ciepła ze źródła energii o niskim potencjale do źródła o wysokim potencjale. Drugie prawo

Miejsce małej energetyki w energetyce Rosji
Nietradycyjne źródła energii obejmują małe elektrownie wodne, elektrownie diesla, elektrownie gazowo-tłokowe i małe elektrownie jądrowe. Gwarant niezawodnego zasilania, ciepła

Małe elektrownie turbinowe i parowo-gazowe
Elektrownie z turbinami gazowymi małej mocy to kompaktowe jednostki produkowane na zasadzie kontenera blokowego. Komponenty GTPP umożliwiają wytwarzanie nie tylko energii elektrycznej, ale także

Mini CHP
Obecnie wzrosło zainteresowanie kogeneracją na małą skalę, obejmującą małe elektrownie o mocy od kilkudziesięciu kW do kilku

Elektrownie Diesla
W niektórych trudno dostępnych regionach Rosji, gdzie budowa linii energetycznych jest nieopłacalna, do zaopatrywania ludności tych regionów w energię wykorzystywane są elektrownie benzynowe i wysokoprężne. W regionach dalekiej północy liczba

Elektrownie tłokowe gazowe
Ponieważ ceny oleju napędowego stale rosną, eksploatacja elektrowni diesla na olej napędowy staje się kosztowna, więc zainteresowanie na świecie jest obecnie duże

Małe elektrownie hybrydowe
Aby poprawić niezawodność i efektywność systemów zasilania, wymagane jest tworzenie wielofunkcyjnych kompleksów energetycznych (IEC). Można też tworzyć kompleksy na bazie małych elektrowni hybrydowych.

Małe elektrownie jądrowe
W ostatnim czasie obserwuje się duże zainteresowanie elektrowniami jądrowymi małej mocy. Są to stacje modułowe, pozwalają na ujednolicenie sprzętu i pracę autonomiczną. Takie stacje mogą być niezawodne

Mała elektrownia wodna
Liderem w rozwoju małej energetyki wodnej są Chiny. Moc małych elektrowni wodnych (MEW) w Chinach przekracza 20 000 MW. W Indiach moc zainstalowana MEW przekracza 200 MW. Powszechny SHPP

Główne nieodnawialne zasoby energii prędzej czy później wyczerpią się. Obecnie około 80% zużycia energii na planecie pochodzi z paliw kopalnych. Z tym zastosowaniem, organiczne

energia wodna
Elektrownia wodna wykorzystuje energię przepływu wody jako źródło energii. Elektrownie wodne buduje się na rzekach, budując tamy i zbiorniki wodne. Do wydajnej produkcji energii w elektrowniach wodnych potrzebne są 2 główne czynniki

energia słoneczna
Energia słoneczna jest wynikiem reakcji syntezy jądrowej lekkich pierwiastków deuteru, trytu i helu, którym towarzyszy ogromna ilość energii. Źródło całej energii oprócz t

Przekształcanie energii słonecznej w energię cieplną
Energię słoneczną można przekształcić w energię cieplną za pomocą kolektora. Wszystkie kolektory słoneczne mają powierzchniowy lub masowy radiator. Ciepło można odbierać z kolektora lub magazynować

Termodynamiczna przemiana energii słonecznej w energię elektryczną
Metody termodynamicznej konwersji energii słonecznej na energię elektryczną opierają się na cyklach silników cieplnych. Energia słoneczna jest przetwarzana na energię elektryczną w elektrowniach słonecznych (

Perspektywy rozwoju energetyki słonecznej w Rosji
W 1985 roku we wsi Szczelkino na Krymie uruchomiono pierwszą w ZSRR elektrownię słoneczną SES-5 o mocy elektrycznej 5 MW. 1600 heliostatów (płaskie ziarna

Cechy wykorzystania energii wiatru
Główną przyczyną występowania wiatru jest nierównomierne nagrzewanie się powierzchni ziemi przez słońce. Energia wiatru jest bardzo wysoka. Według Światowej Organizacji Meteorologicznej rezerwy energii wiatru

Wytwarzanie energii elektrycznej z turbin wiatrowych
Wykorzystanie turbin wiatrowych do generowania energii elektrycznej jest najbardziej efektywnym sposobem przetwarzania energii wiatrowej. Przy projektowaniu turbin wiatrowych należy wziąć pod uwagę ich następujące cechy

Energia wiatrowa w Rosji
Potencjał energetyczny Rosji szacowany jest na 40 miliardów kW. godzin energii elektrycznej rocznie, czyli około 20 000 MW. WPP o mocy 1 MW przy średniorocznej prędkości wiatru 6 m/s oszczędza 1

Pochodzenie energii geotermalnej
W jądrze Ziemi temperatura sięga 4000°C. Uwalnianie ciepła przez lite skały lądu i dna oceanicznego następuje głównie dzięki przewodności cieplnej, rzadziej – w postaci konwekcyjnych przepływów stopionych

Technika pozyskiwania ciepła geotermalnego
Źródła energii geotermalnej można podzielić na pięć rodzajów. 1. Źródła suchej pary geotermalnej. Są dość rzadkie, ale najwygodniejsze do budowy GeoTPP. 2. Źródło

Elektryczność
Przetwarzanie energii geotermalnej na energię elektryczną odbywa się w oparciu o metodę maszynową z wykorzystaniem cyklu termodynamicznego w GeoTPP. Do budowy GeoTPP najczęściej używany

Bardziej znacząca jest skala wykorzystania ciepła geotermalnego do ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę użytkową. W zależności od jakości i temperatury wody termalnej istnieją różne schematy geotermalne.

Wpływ energii geotermalnej na środowisko
Główny wpływ GeoTPP na środowisko jest związany z zagospodarowaniem złoża, budową budynków i rurociągów parowych. Aby zapewnić GeoTPP niezbędną ilość pary lub gorącej wody,

Energia geotermalna w Rosji
W Rosji zbadano 47 złóż geotermalnych z rezerwami wód termalnych, które umożliwiają uzyskanie ponad 240 × 103 m3 / dobę. wody termalne i parowe hydrotermalne

Przyczyny uderzeń gorąca
Pływy są wynikiem oddziaływania grawitacyjnego Ziemi z Księżycem i Słońcem. Siła pływowa Księżyca w danym punkcie na powierzchni Ziemi jest definiowana jako różnica między lokalną wartością siły przyciągania

Elektrownie pływowe (TPP)
Woda podniesiona podczas przypływu do maksymalnej wysokości może być oddzielona od morza za pomocą tamy. Rezultatem jest basen pływowy. Maksymalna moc, jaką można uzyskać, przechodząc

Wpływ PSZ na środowisko
Ewentualny wpływ elektrowni pływowych na środowisko można wiązać ze wzrostem amplitudy pływów po oceanicznej stronie zapory. Może to doprowadzić do zalania gruntów i zabudowań

Energia pływów w Rosji
W Rosji wykorzystanie energii pływów w strefach przybrzeżnych mórz Oceanu Arktycznego i Pacyfiku wiąże się z dużymi inwestycjami kapitałowymi. Pierwsza w naszym kraju moc Kislogubskaya TPP

Energia fal
Z fal morskich można uzyskać ogromną ilość energii. Moc przenoszona przez fale w głębokiej wodzie jest proporcjonalna do kwadratu ich amplitudy i okresu. Największym zainteresowaniem cieszą się długie

Energia prądów oceanicznych
Cały obszar wodny Oceanu Światowego przecinają prądy powierzchniowe i głębokie. Zapas energii kinetycznej tych prądów wynosi około 7,2∙1012 kW∙h/rok. Ta energia z

Zasoby energii cieplnej oceanów
Oceany są naturalnym akumulatorem energii słonecznej. W morzach tropikalnych górna warstwa wody o grubości kilku metrów ma temperaturę 25…30°C. Temperatura wody na głębokości 1000 m wynosi ok

Oceaniczne elektrownie cieplne
Zaproponowano kilka typów urządzeń do przetwarzania energii różnicy temperatur w oceanie. Największym zainteresowaniem cieszy się konwersja energii cieplnej na energię elektryczną za pomocą termodyn

Zasoby biomasy
Termin „biomasa” odnosi się do materii organicznej pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, która może być wykorzystana do produkcji energii lub technicznie dogodnych paliw poprzez

Termochemiczna konwersja biomasy (spalanie, piroliza, zgazowanie)
Jednym z głównych obszarów recyklingu odpadów drzewnych jest ich wykorzystanie do produkcji ciepła i energii elektrycznej. Główne technologie pozyskiwania energii z odpadów drzewnych to

Biotechnologiczna konwersja biomasy
Konwersja biotechnologiczna wykorzystuje różne odpady organiczne o wilgotności co najmniej 75%. Biologiczne przetwarzanie biomasy rozwija się w dwóch głównych kierunkach: 1) rolniczy

Środowiskowe problemy bioenergii
Instalacje bioenergetyczne przyczyniają się do zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska wszelkiego rodzaju odpadami. Fermentacja beztlenowa to nie tylko skuteczny sposób wykorzystania odchodów zwierzęcych

Charakterystyka stałych odpadów komunalnych (MSW)
Co roku na miejskich wysypiskach gromadzą się setki tysięcy ton odpadów z gospodarstw domowych. Specyficzna roczna produkcja MSW na mieszkańca nowoczesnego miasta wynosi 250...700 kg. W krajach rozwiniętych wartość ta e

Recykling odpadów na składowiskach
Obecnie stałe odpady komunalne kierowane są zazwyczaj na składowiska w celu unieszkodliwienia z oczekiwaniem na ich późniejszą mineralizację. Pożądane jest, aby MSW zostały sprasowane przed zakopaniem. To nie tylko zmniejsza

Kompostowanie MSW
Drugim kierunkiem unieszkodliwiania MSW jest przetwarzanie na nawóz organiczny (kompost). Do 60% całkowitej masy odpadów z gospodarstw domowych można kompostować. Proces kompostowania odbywa się rotacyjnie.

Spalanie MSW w specjalnych spalarniach odpadów
W krajach rozwiniętych gospodarczo coraz większa ilość MSW jest przetwarzana przemysłowo. Najbardziej skuteczny z nich jest termiczny. Pozwala prawie 10-krotnie zmniejszyć objętość odpadów

Drodzy Czytelnicy! Zespół Biblioteki życzy Wesołych Świąt i Szczęśliwego Nowego Roku! Serdecznie życzymy Wam i Waszym rodzinom szczęścia, miłości, zdrowia, sukcesów i radości!
Niech nadchodzący rok przyniesie Wam dobre samopoczucie, wzajemne zrozumienie, harmonię i dobry nastrój.
Powodzenia, pomyślności i spełnienia najcenniejszych pragnień w nowym roku!

Dostęp testowy do EBS Ibooks.ru

Drodzy Czytelnicy! Do 31.12.2019 nasza uczelnia otrzymała testowy dostęp do ELS Ibooks.ru, gdzie można przeczytać dowolną książkę w trybie czytania pełnego tekstu. Dostęp jest możliwy ze wszystkich komputerów w sieci uczelnianej. Aby uzyskać zdalny dostęp, wymagana jest rejestracja.

„Genrikh Osipovich Graftio - w 150. rocznicę jego urodzin”

Drodzy Czytelnicy! W dziale "Wirtualne wystawy" pojawiła się nowa wirtualna wystawa "Heinrich Osipovich Graftio". W 2019 roku przypada 150. rocznica urodzin Gienricha Osipowicza, jednego z twórców hydroenergetyki w naszym kraju. Ogromny wkład w rozwój krajowego przemysłu energetycznego wniósł naukowiec-encyklopedysta, utalentowany inżynier i wybitny organizator Genrikh Osipovich.

Wystawę przygotowali pracownicy Działu Literatury Naukowej Biblioteki. Wystawa prezentuje prace Genrikha Osipovicha z Funduszu Historii LETI oraz publikacje na jego temat.

Można obejrzeć wystawę

Dostęp testowy do Systemu Biblioteki Elektronicznej IPRbooks

Drodzy Czytelnicy! W dniach od 11.08.2019 do 31.12.2019 nasza uczelnia uzyskała bezpłatny testowy dostęp do największej rosyjskiej bazy danych pełnotekstowych - Electronic Library System IPR BOOKS. ELS IPR BOOKS zawiera ponad 130 000 publikacji, z czego ponad 50 000 to unikatowe publikacje edukacyjne i naukowe. Na platformie masz dostęp do aktualnych książek, których nie znajdziesz w domenie publicznej w Internecie.

Dostęp jest możliwy ze wszystkich komputerów w sieci uczelnianej.

Aby uzyskać zdalny dostęp, należy skontaktować się z działem zasobów elektronicznych (pokój 1247) z administratorem VChZ Poliną Yuryevną Skleymovą lub e-mailem [e-mail chroniony] z tematem „Rejestracja w księgach własności intelektualnej”.

Wielu z nas natknęło się na ogniwa słoneczne w taki czy inny sposób. Ktoś używał lub używa paneli słonecznych do generowania energii elektrycznej do celów domowych, ktoś używa małego panelu słonecznego do ładowania swojego ulubionego gadżetu w terenie, a ktoś z pewnością widział małe ogniwo słoneczne na mikrokalkulatorze. Niektórym udało się nawet odwiedzić.

Ale czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak przebiega proces przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną? Jakie zjawisko fizyczne leży u podstaw działania wszystkich tych ogniw słonecznych? Przejdźmy do fizyki i szczegółowo zrozummy proces generowania.

Od samego początku wiadomo, że źródłem energii jest tutaj światło słoneczne, czyli naukowo pozyskuje się ją dzięki fotonom promieniowania słonecznego. Fotony te można sobie wyobrazić jako strumień cząstek elementarnych nieustannie przemieszczających się od Słońca, z których każda ma energię, a zatem cały strumień świetlny niesie ze sobą jakiś rodzaj energii.

Z każdego metra kwadratowego powierzchni Słońca w sposób ciągły emitowane jest 63 MW energii w postaci promieniowania! Maksymalne natężenie tego promieniowania przypada na zakres widma widzialnego -.

Tak więc naukowcy ustalili, że gęstość energii strumienia światła słonecznego w odległości od Słońca do Ziemi wynoszącej 149 600 000 kilometrów, po przejściu przez atmosferę i dotarciu do powierzchni naszej planety, wynosi średnio około 900 watów na metr kwadratowy.

Tutaj możesz wziąć tę energię i spróbować uzyskać z niej energię elektryczną, to znaczy przekształcić energię strumienia światła słonecznego w energię poruszających się naładowanych cząstek, innymi słowy, w.

Aby zamienić światło w energię elektryczną, potrzebujemy konwerter fotowoltaiczny. Takie konwertery są bardzo powszechne, można je znaleźć w wolnej sprzedaży, są to tak zwane ogniwa słoneczne - konwertery fotoelektryczne w postaci płytek wyciętych z krzemu.

Najlepsze są monokrystaliczne, mają sprawność około 18%, czyli jeśli strumień fotonów ze słońca ma gęstość energii 900 W/m2, to można liczyć na uzyskanie 160 W prądu na metr kwadratowy baterii złożonej z takich ogniw.

Zachodzi tu zjawisko zwane „efektem fotoelektrycznym”. Efekt fotoelektryczny lub efekt fotoelektryczny- jest to zjawisko emisji elektronów przez substancję (zjawisko wyrywania elektronów z atomów substancji) pod wpływem światła lub innego promieniowania elektromagnetycznego.

Już w 1900 roku Max Planck, ojciec fizyki kwantowej, zasugerował, że światło jest emitowane i pochłaniane w oddzielnych porcjach lub kwantach, które później, a mianowicie w 1926 roku, chemik Gilbert Lewis nazwał „fotonami”.

Każdy foton ma energię, którą można określić za pomocą wzoru E = hv – stała Plancka razy częstotliwość promieniowania.

Zgodnie z ideą Maxa Plancka zjawisko odkryte w 1887 roku przez Hertza, a następnie dokładnie zbadane w latach 1888-1890 przez Stoletowa, stało się możliwe do wyjaśnienia. Aleksander Stoletow eksperymentalnie zbadał efekt fotoelektryczny i ustalił trzy prawa efektu fotoelektrycznego (prawa Stoletowa):

Przy stałym składzie widmowym promieniowania elektromagnetycznego padającego na fotokatodę fotoprąd nasycenia jest proporcjonalny do energii oświetlenia katody (inaczej: liczba fotoelektronów wybitych z katody w ciągu 1 s jest wprost proporcjonalna do natężenia promieniowania).

Maksymalna prędkość początkowa fotoelektronów nie zależy od natężenia padającego światła, a jedynie od jego częstotliwości.

Dla każdej substancji istnieje czerwona granica efektu fotoelektrycznego, czyli minimalna częstotliwość światła (zależna od chemicznego charakteru substancji i stanu powierzchni), poniżej której efekt fotoelektryczny jest niemożliwy.

Później, w 1905 roku, Einstein wyjaśnił teorię efektu fotoelektrycznego. Pokaże, jak kwantowa teoria światła oraz prawo zachowania i transformacji energii doskonale wyjaśniają, co się dzieje i co jest obserwowane. Einstein spisał równanie efektu fotoelektrycznego, za co otrzymał Nagrodę Nobla w 1921 roku:

Funkcja pracy A oto minimalna praca, jaką musi wykonać elektron, aby opuścić atom substancji. Drugi człon to energia kinetyczna elektronu po wyjściu.

Oznacza to, że foton jest absorbowany przez elektron atomu, dzięki czemu energia kinetyczna elektronu w atomie wzrasta o ilość energii pochłoniętego fotonu.

Część tej energii jest wydawana na wyjście elektronu z atomu, elektron opuszcza atom i ma możliwość swobodnego poruszania się. A poruszające się kierunkowo elektrony to nic innego jak prąd elektryczny lub fotoprąd. W efekcie możemy mówić o powstawaniu pola elektromagnetycznego w substancji w wyniku efektu fotoelektrycznego.

To jest, Bateria słoneczna działa dzięki działającemu w niej efektowi fotoelektrycznemu. Ale gdzie trafiają „wybite” elektrony w konwerterze fotoelektrycznym? Fotoprzetwornik lub ogniwo słoneczne lub fotokomórka jest zatem efektem fotoelektrycznym w nim występuje nietypowo, jest to wewnętrzny efekt fotoelektryczny i ma nawet specjalną nazwę „efekt fotoelektryczny zaworu”.

Pod wpływem światła słonecznego na złączu p-n półprzewodnika zachodzi efekt fotoelektryczny i pojawia się pole elektromagnetyczne, ale elektrony nie opuszczają fotokomórki, wszystko dzieje się w warstwie blokującej, gdy elektrony opuszczają jedną część ciała, przechodząc do inna jego część.

Krzem w skorupie ziemskiej stanowi 30% jej masy, dlatego jest używany wszędzie. Cechą półprzewodników w ogóle jest to, że nie są one ani przewodnikami, ani dielektrykami, ich przewodnictwo zależy od stężenia zanieczyszczeń, temperatury i narażenia na promieniowanie.

Pasmo wzbronione w półprzewodniku wynosi kilka elektronowoltów i jest to po prostu różnica energii między górnym poziomem pasma walencyjnego atomów, z którego uciekają elektrony, a dolnym poziomem pasma przewodnictwa. Krzem ma pasmo wzbronione 1,12 eV - dokładnie tyle, ile potrzeba do pochłaniania promieniowania słonecznego.

A więc przejście p-n. Domieszkowane warstwy krzemu w fotokomórce tworzą złącze p-n. Tutaj uzyskuje się barierę energetyczną dla elektronów, opuszczają one pasmo walencyjne i poruszają się tylko w jednym kierunku, dziury poruszają się w kierunku przeciwnym. W ten sposób uzyskuje się prąd w ogniwie słonecznym, czyli następuje wytwarzanie energii elektrycznej ze światła słonecznego.

Złącze P-n wystawione na działanie fotonów nie pozwala nośnikom ładunku - elektronom i dziurom - przemieszczać się w innym kierunku niż tylko w jednym kierunku, rozdzielają się i lądują po przeciwnych stronach bariery. A będąc podłączonym do obwodu obciążenia przez górną i dolną elektrodę, konwerter fotowoltaiczny wystawiony na działanie promieni słonecznych utworzy się w obwodzie zewnętrznym.