Солнечная панель — это устройство, которое использует фотоэлектрические элементы для сбора солнечной энергии и преобразования ее в электрическую энергию. Благодаря фотоэлектрическому эффекту полупроводники создают электричество, создавая взаимодействие между фотонами и электронами Солнца. Узнайте, как работает этот процесс и что происходит с вырабатываемой электроэнергией.
От солнечной энергии к электричеству: шаг за шагом
Каждая солнечная панель содержит отдельные фотоэлектрические элементы, изготовленные из материалов, проводящих электричество. Этим материалом обычно является кристаллический кремний из-за его доступности, стоимости и длительного срока службы. Структура кремния делает его очень эффективным в проведении электричества.
Ниже приведены необходимые шаги для производства солнечной энергии:
- Когда солнечный свет попадает на каждый фотоэлектрический элемент, срабатывает фотоэлектрический эффект. Фотоны, или солнечные частицы, составляющие свет, начинают выбивать электроны из полупроводникового материала.
- Эти электроны начинают течь к металлическим пластинам снаружи фотоэлемента. Подобно воде в реке, электроны создают поток энергии.
- Форма потока энергии – постоянный ток . Большая часть используемой электроэнергии имеет форму переменного тока (AC), поэтому мощность постоянного тока должна передаваться по проводу на инвертор, задача которого заключается в преобразовании мощности постоянного тока в мощность переменного тока.
- Когда ток преобразуется в переменный, его можно использовать для питания электронных устройств в доме или хранить в батареях. Чтобы использовать электричество, оно должно пройти через электрическую систему дома.
фотоэлектрический эффект
Процесс преобразования солнечного света в электричество называется фотоэлектрическим эффектом.Поверхность солнечной панели покрыта слоем светособирающих фотоэлектрических элементов. Фотоэлектрические элементы изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как кремний. В отличие от металлов, которые являются основными проводниками электричества, кремниевые полупроводники пропускают через себя только достаточный ток.
Ток в солнечной панели создается путем выбивания электронов из атомов кремния, что требует много энергии, поскольку кремний действительно хочет захватить свои электроны. Следовательно, сам кремний не может генерировать большие токи. Ученые решили эту проблему, добавив в кремний отрицательно заряженные элементы, такие как фосфор. У каждого атома фосфора есть дополнительный электрон, который легко высвобождается, поэтому под действием солнечного света может быть легко высвобождено больше электронов.
Когда фотон попадает в слой n-типа, он отбивает электрон. Свободный электрон хочет войти в p-оболочку, но ему не хватает энергии, чтобы пройти через электрическое поле. Вместо этого он идет по пути наименьшего сопротивления. Он течет по металлическим проводам из слоя n-типа наружу фотоэлемента и обратно в слой p-типа. Это движение электронов создает электричество.
Куда пропало электричество?
Если вы когда-либо проезжали мимо дома с солнечными батареями или рассматривали возможность установки солнечных панелей в своем доме, вы можете быть удивлены, узнав, что большинству домов, работающих на солнечной энергии, по-прежнему требуется электроэнергия от электрической компании. По данным Федеральной торговой комиссии, в Соединенных Штатах большинство домов с солнечными панелями получают около 40% электроэнергии от солнечных батарей. Это количество зависит от таких факторов, как количество солнечного света, получаемого панелями, и размер солнечной системы.
Когда светит солнце, солнечные панели преобразуют солнечный свет в энергию. Если они производят больше электроэнергии, чем необходимо , электроэнергия обычно отправляется обратно в сеть с зачетом в счете за электроэнергию. Это называется «чистый учет». В гибридной системе люди устанавливают батареи на свои солнечные панели, где может храниться большая часть избыточной электроэнергии, вырабатываемой панелями. Все, что осталось, отправляется обратно в сеть.
При общем учете вся электроэнергия, вырабатываемая солнечными панелями в жилых домах, немедленно подается в сеть. Затем жители отключили электроэнергию от сети. Однако солнечные панели не всегда генерируют электроэнергию. Без солнечного света домовладельцам, возможно, придется подключиться к электросети, чтобы получить электроэнергию. Затем коммунальная компания выставит им счет за потребленную энергию.