Kuidas päikesepatareid töötavad?

Inimese energiatootmisel on tegelikult ainult kaks võimalikku lõpp-punkti ja need mõlemad on termotuumasüntees. Kas leiame viisi, kuidas siin Maal luua väikseid kontrollitud termotuumasünteesi reaktsioone (termotuumasüntees), või leiame viisi, kuidas kasulik osa koguda juba vabanenud energiast tohutus termotuumasünteesireaktoris, mille meie päikesesüsteem on otse sisse ehitanud (päikese võimsus). Päikesevaliku kena külg on see, et see võib toimuda järk-järgult, andes meile osalise kasulikkuse, samal ajal kui jõuame kallutuspunktile üha lähemale, kui see suudaks rahuldada suurema osa meie elektrivajadustest. Mis on aga päikesepatarei, kes on päikeseenergia keskne komponent ja kuidas see töötab?



Päikesepatarei, mida nimetatakse ka fotogalvaaniliseks elemendiks, on määratletud kui mis tahes seade, mis suudab hõivata osa valguse footoni energiast ja edastada see energia seadmesse või salvestuskandjale elektri kujul. Kõik päikeseenergiad pole oma olemuselt fotogalvaanilised, kuna mõned päikesetehnoloogiad koguvad neeldunud footonite soojust, mitte nende energiat, otse. Sellise üldise määratlusega hõlmab fotoelektri mõiste paljusid erinevaid tehnoloogiaid.

Valmistatakse päikesepaneele

Jänkuülikondades inimesed, kes teevad päikesepaneele.



Kõigil neil on siiski üks ühine omadus: nad kasutavad footoni energiat, et ergastada raku pooljuhtivas materjalis olevaid elektrone mittejuhtivast energiatasemest juhtivaks. Selle kompleksi muudab see, et kõiki footoneid ei looda võrdsed. Valgus saabub lainepikkuste ja energiataseme ebaotstarbeka ühendamisena ning ükski pooljuhtiv materjal ei suuda neid kõiki korralikult neelata. See tähendab, et päikesekiirguse püüdmise efektiivsuse suurendamiseks peame valmistama hübriidseid („mitme ristmikuga“) rakke, mis kasutavad rohkem kui ühte neelavat materjali.

Igal pooljuhtival materjalil on iseloomulik „ribavahe” ehk elektronide energia spekter, mida materjal lihtsalt ei suuda järgida. See lõhe asub elektroni ergastatud ja ergastamata olekute vahel. Puhkeseisundis olevat elektroni ei saa erutada kasulikkusest, kui ta ei saa piisavalt liigset energiat, et hüpata otse üle selle ribavahe. Ränil on kena saavutatav ribalaius, mida saab ületada ühe footoni väärtuses lisaenergiaga. See võimaldab räni kenasti kas sisse lülitada (juhtida) või välja (mitte), nagu on määratletud selle potentsiaalselt juhtivate elektronide asendiga.



Selline materjal nagu grafeen võib ühes mõttes olla fotogalvaanilise elemendi jaoks palju parem alus kui räni, selle uskumatu elektritõhususe ja potentsiaali tõttu paneelidele endile tihedamalt pakkida - suur probleem tuleb tagasi ribalaiusesse ja grafeeni võimetust sissetuleva footoni jõul korralikult erutada. Mõned keerulised grafeeniseadmed, näiteks kahevärvilised kahekihilised grafeenitransistorid, kuid selliste seadmete tegeliku tootmisega seotud probleemid kompenseerivad vähemalt praegu potentsiaalset kasu.

SPS ALPHA, kosmosepõhine päikeseelektrijaama kontseptsioon

Päikeseenergiat on kosmoses palju lihtsam koguda - kuid siis peate selle tegelikult pinnale viima.

Tõeliste edusammude korral tuleb oodata sobiva hinnaga supermaterjali leidmist, mis võib pakkuda kasulikku ribalaiust, samal ajal kui ränimehaanilised ja elektroonilised omadused üsna õigesti ületatud. Seni on ajutised lahendused suutnud ränipõhiste paneelide funktsionaalseid võimeid oluliselt suurendada.

Peegeldusvastased katted suurendavad kogu neelduva valguse hulka, samas kui transistoride keemiline 'doping' võib parandada räni optilisi võimeid. Mõnes päikeseseadmes kasutatakse peeglivälju, et kontsentreerida võimalikult palju päikesekiirgust vaid mõnele keskuse suure võimsusega elemendile. Paljud on nüüd loodud isegi valguse püüdmise seadmeteks, nii et sisenev valgus põrkub sisemiselt, igavesti, kuni see kõik lõpuks imendub. Eelmisel sügisel töötasid Michigani ülikooli teadlased välja isegi a täielikult läbipaistev päikesepatarei .



Soojus võib olla ka üha olulisem osa päikeseelektrijaamadest, kuna igasugune kiirgus, mida elektrooniliselt ei absorbeerita, neeldub vähemalt osaliselt toorsoojana. Selle kuumuse kasutamine vee keetmiseks või isegi kodude otse soojendamiseks võib aidata tsiviilelektril päikeseenergiat üldist efektiivsust parandada, isegi kui elektrilised supermaterjalid jätkavad järelejõudmist.

Isegi rohkem sealseid kontseptsioone, nagu kosmosepõhine päikeseenergia, pakuvad teatud potentsiaali, püüdes valgust enne selle filtreerimist läbi Maa atmosfääri; Jaapan soovib genereerida näiteks gigavatti päikeseenergiat kosmoses. Probleemiks on jõu toomine pinnale, kus see võiks inimestele kasulik olla. Jaapani algatus soovib sel eesmärgil kasutada lasereid, kuid pole teada, kas atmosfääri ületamine osutub üldiselt võidukas strateegiaks.

Päikesepatareid on takistanud mitukümmend aastat enneaegsed pealkirjad, mis kuulutavad sellist võidukat üldstrateegiat ja lähenevat päikeseenergiat. Reaalsus on see, et sellist eureka hetke inseneritöös peaaegu kindlasti ei esine. Päikesepatareide tehnoloogiat muudetakse ja täiendatakse, kuni see ületab mõne abstraktse künnise, mis põhineb taskukohasusel, energiasalvestus- ja ülekandetehnoloogial ning kohalikul päikesevalguse tasemel aastas.



Igasugused päikeseenergia tüübid on olulised iga reaalse katse jaoks kasutada rohelist energiat riiklikul tasandil. Kui termotuumasüntees ei tee suuri hüppeid edasi või kui klassikaline tuumaenergia muutub palju populaarsemaks, võite kihla vedada, et päikeseenergia on suur osa meie energia tulevikust.

Põhjalikuma ülevaate saamiseks vaadake meie sarja 2007es.com Explains.

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com