Фотовольтаика - что это такое и как она работает?
Фотовольтаика - это процесс выработки электроэнергии из солнечного излучения.
Ток в фотоэлектрическом процессе создается путем отделения электронов от атома полупроводника (кремния), но это энергоемкий процесс. Для облегчения процесса в кремний добавляют другие материалы - фосфор и бор. Фосфор содержит один дополнительный электрон по сравнению с атомом кремния, а бор - на один электрон меньше.
Кремний в солнечном элементе наслаивается, образуя так называемый p-n-переход. Слой кремния и фосфора - это область с отрицательным зарядом (N-тип), этот слой находится в верхней части солнечного элемента и именно на него попадают солнечные лучи. Слой кремния и бора, с другой стороны, является областью с положительным зарядом (P-тип), этот слой находится ниже слоя с отрицательным зарядом. Мы уже знаем, что у атома бора на один электрон меньше, а у атома фосфора на один электрон больше - при соединении этих двух материалов вместе, возбужденные электроны из кремния N-типа переходят в кремний P-типа, заполняя электронную пустоту вокруг атома бора.
При движении электронов создается электрическое поле, которое не дает электронам легко перемещаться между слоями кремния. Возбужденные электроны в слое N-типа хотят попасть в слой P-типа, но им не хватает энергии, чтобы прорваться через электрическое поле, поэтому они ищут другой путь.
Электроны выбирают самый легкий путь, проходящий через электрические проводники, которые находятся за пределами слоев кремния - эти движущиеся электроны и есть электричество.
Впервые фотоэлектрический эффект был замечен в 1839 году французским физиком Александром-Эдмоном Беккерелем, который создал первый в мире солнечный элемент.
Как работают фотоэлектрические панели?
Каждая фотоэлектрическая панель состоит из нескольких фотоэлементов, в которых происходит фотоэлектрическое явление.
Процесс выработки электроэнергии с помощью фотоэлектрических панелей происходит следующим образом:
- Солнечные лучи (фотоны) попадают в солнечный элемент, где они передают свою энергию электронам, которые таким образом приводятся в движение.
- Возбужденные электроны начинают перемещаться между слоями кремния. Под действием созданного электрического поля они выбирают путь через проводники наружу клетки.
- Электроны, движущиеся по проводнику, представляют собой постоянный ток (DC). Этот ток должен попасть в инвертор (преобразователь), который преобразует постоянный ток в переменный (AC).
- Сгенерированный ток затем поступает на двунаправленный измерительный прибор. Его роль заключается в измерении двунаправленного потока тока, т.е. сколько тока произвела система pv и сколько тока было взято из сети.
- Затем переменный ток поступает в нашу электрическую систему, где мы можем использовать его по своему усмотрению.