Viktige fakta om vitenskapen om Solar Energy

Solen kan gi en dags energi til hele planeten i bare 14 og et halvt sekund. En helt fornybar ressurs, er sollys nesten uuttømmelig - en stor fordel i forhold til den stadig-avtagende forsyning av fossilt brensel. Varme og lys energi fra sollys blir utnyttet gjennom passive termiske og aktive solenergianlegg, men mer vekt legges på sistnevnte fordi de øker energiforsyningen i stedet for bare å redusere behovet for alternative ressurser.

Konvertering av sollys til elektrisitet

Solenergianlegg - "photo", som betyr lys og "elektrisk" betegner elektrisitet - ble opprinnelig utviklet for å levere strøm til satellitter og romstasjoner. I hjertet av disse systemene, det fotoelektrisk celle, virker ved å konvertere lysenergi til elektrisk strøm gjennom bruk av halvledere. Lysenergi knocks elektroner i halvleder løs, som, når fanget opp i cellen innebygde elektrisk felt, begynner å flyte i en bestemt retning. Eksterne metalledere og deretter trekke ut den produserte strømmen for senere bruk.

materialer

Det vanligste materiale som brukes som halvledere i solcellepaneler er krystallinsk silisium. Silisium er ønskelig fordi det ytterste elektronskallet er bare halvfull, noe som betyr at det har å stabilisere seg ved å dele elektroner med nærliggende atomer. Imidlertid er elektrisk stabilitet ikke poenget med en photovoltaic celle. For å gjøre det lettere for lysenergi til å banke løs elektroner i halvlederen, er silisium dopet med forurensninger, som fosfor eller bor. Doping resulterer i en halvleder med enten frie elektroner (negative eller N-type) eller frie åpninger for elektroner (positiv eller P-type). Begge typer er nødvendig for å lage en fotoelektrisk celle.

Deler av en Photovoltaic Cell

Cellens elektriske felt, som er nødvendig for å produsere strøm fra løsnet elektroner, er dannet av et elektron knutepunkt mellom N- og P-type silisium. Strømmen er produsert i en celle av den strøm som dannes fra lett-fortrenges elektroner og ved at spenningen fra denne innebygde elektriske felt. En annen viktig del av en solcelle er dets anti-refleksjonsbelegg, som hindrer lyset fra å sprette av den blanke silisiumoverflate før den kan benyttes. Glass dekkplater er også brukt til å beskytte photovoltaic celle uten å blokkere innkommende lyset. Enkelte fotoelektriske celler ikke produsere mye strøm, slik at de er sammenføyet for å danne en modul. Til slutt, foran og bak metallkontaktene virker som positive og negative terminaler trekke ut strøm fra modulen.

Effektivitet og energitap

Solenergianlegg er som ennå svært ineffektive, med energitapene så høyt som 90%. En stor del av dette er et resultat av sollys multippel-bølgelengde natur. Et solcellepanel kan arbeide med bare en viss mengde energi som kalles båndgapet energi - en optimal 1,4 eV for silisium - for å frembringe en strøm. De forskjellige bølgelengder av lys som treffer cellen har et bredt spekter av energi, men bare omtrent 30% av dette er brukbare. Andre energitap resultatet når de ledende metall grid blokker lys. Typiske fotovoltaiske systemer tilgjengelig kommersielt er i beste fall 12-18 prosent effektiv. Til dags dato, den høyeste effektivitetsnivået nås med et solcellepanel står på 40,7% - fortsatt for lav til å gjøre solenergi økonomisk forsvarlig i stor skala.