Привет! Заваривайте чай и устраивайтесь поудобнее – сегодня я расскажу вам о том, как солнечные панели генерируют энергию, как они работают и какие типы бывают. Также попытаюсь ответить на вопрос, почему человечество не спешит переходить на столь экологичный и простой способ получения энергии🔆
Когда я приехал на дачу в 2031 году
От куда это?
В результате термоядерных реакций, происходящих на Солнце за сутки, до нашей планеты в виде солнечных лучей доходит большое количество энергии – около 164 Вт на квадратный метр. Другими словами, можно повесить лампочку мощностью 164 Вт над каждым квадратным метром земли и заставить ее светиться только за счет солнечной энергии 💡
Звучит многообещающе, но все не так просто! Дело в том, что солнечная энергия представляет собой комбинацию видимого света, ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения (тепла) и других микроволн. Большая часть видимого света используется для преобразования в электричество, поскольку инфракрасное излучение не так эффективно, а ультрафиолетовое излучение в основном поглощается озоновым слоем Земли, но даже когда оно достигает солнечной панели, оно не поглощается эффективно.
Из чего состоят солнечные лучи
Кремниевые пластины
Основой солнечной батареи являются две кремниевые пластины, расположенные одна под другой, покрытые сверху слоем стекла. Кремний является полупроводником, а это означает, что при определенных условиях он может как поглощать электроны, так и выделять электроны. В естественных условиях он этого не делает. Поэтому на верхнюю кремниевую пластину наносится слой люминофора. При взаимодействии с ним кремний приобретает дополнительные электроны, которые хочет отдать, то есть отрицательный заряд. При этом на нижнюю пластину наносится слой бора. В этом случае у кремния наблюдается недостаток электронов, стремление отобрать их у кого-то, то есть положительный заряд. Теперь у нас есть две пластины, одна из которых отдаст свои электроны, а другая их заберет – что дальше?
Луч света
Затем луч света, состоящий из фотонов, попадает на нашу верхнюю кремниевую пластину и передает энергию, буквально выбивая из нее электроны, которые попадают прямиком к нижней пластине, которая их уже ждет. После этого мы видим обратный процесс — атомы кремния, получившие электроны, готовы их отдать, а те, кто их отдал, теперь хотят восполнить образовавшийся пробел. Наша задача дать им это сделать и замкнуть весь процесс в цепочку 🔗
Получил электрический ток! Чем больше света, тем больше электронов выбивается и тем больший ток мы получаем. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом.
Схема работы солнечной панели
Для защиты пластин их покрывают слоем стекла, а также антибликовым покрытием, благодаря чему поглощение света происходит еще эффективнее.
Обратите внимание: MIT: ядерная энергия является неотъемлемой частью будущего энергетики с низким содержанием углерода.
Солнечная батарея вырабатывает очень небольшую мощность, буквально несколько ватт, поэтому модули собираются из нескольких ячеек, которые уже сгруппированы в привычные нам солнечные панели
Как собрать образующийся ток?
С помощью специальных медных каналов (придающих солнечным панелям вид сетки) ток от солнечных панелей отводится к потребителям или накапливается в аккумуляторах. Для входа в сети общего пользования он должен сначала посетить преобразователь и измениться с постоянного на переменный.
Виды кремниевых панелей
Кремниевые солнечные панели бывают моно- и поликристаллическими. Для изготовления монокристаллических солнечных элементов кремний выращивают в виде стержней, которые затем разрезают на пластины. Их называют «монокристаллическими», чтобы указать, что используемые солнечные элементы изготовлены из одного кристалла кремния. У них высокий КПД – около 25%, но их производство дороже. Поликристаллические пластины основаны на ячейках, состоящих из сплавленных между собой фрагментов кремния. Их дешевле производить, но они менее эффективны.
Визуальная разница между моно- и поликристаллическими солнечными панелями
Новые типы солнечных батарей
Оба типа кремниевых панелей условно можно отнести к солнечным панелям первого поколения. Второе поколение состоит из солнечных панелей из аморфного кремния, кадмия-теллура и других более легких и гибких материалов. Такие солнечные панели тонкие, их можно согнуть и прикрепить к одежде, но по эффективности они явно уступают классическому кремнию. Хорошей новостью является то, что сейчас активно разрабатываются новые типы панелей, которые будут сочетать в себе эффективность первого поколения и гибкость второго. Ну, давайте подождем!
Гибкая панель нового поколения
Вопросы о солнечной энергетике
Пока нам приходится обходиться обычными кремниевыми солнечными панелями. Они гораздо более экологичны, чем привычные нам методы производства энергии, но их главная проблема сегодня — эффективность и землепользование. Самые эффективные солнечные панели способны преобразовать только 25% падающего на них света, но эффективность обычно составляет около 15%. Погодные условия также влияют на производство, ведь чем меньше света, тем меньше энергии 🌤 Чтобы разместить солнечную электростанцию, также нужна большая площадь и правильно подобранная экспозиция для каждой солнечной панели, чтобы она получала максимум света. Если взять в качестве примера атомную или угольную электростанцию, то на той же площади она способна вырабатывать в сотни, а то и в тысячи раз больше энергии.
Вы можете оценить площадь солнечной электростанции, и это только часть!
Будущее солнечной энергетики
Благодаря поддержке правительств разных стран, расширению и удешевлению производства, солнечная энергия с момента ее открытия стала дешевле в 400 раз. Производство солнечной энергии растет в среднем на 20% в год, и если так будет продолжаться, к 2031 году производство солнечной энергии превысит совокупное производство газа, угля, атомной и гидроэнергетики. Остаётся только решить проблему эффективности панелей🤔
Это очередной пост с моего канала, где я простыми словами рассказываю о сложном и интересном. Буду рад вашей подписке)
[мин]ФизикаНаукаНаучныеПопулярное образованиеИнтересноеЭнергетикаЭкологияЭнергетикаДлинный пост 20Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Солнечная энергия простыми словами.