Come funzionano i pannelli solari?

Sia su un calcolatore a energia solare o su una stazione spaziale internazionale, i pannelli solari generano elettricità usando gli stessi principi dell'elettronica delle batterie chimiche o delle prese elettriche standard.Con i pannelli solari, si tratta del libero flusso di elettroni attraverso un circuito.

Per capire come i pannelli solari generano energia elettrica, potrebbe aiutare a fare un breve viaggio di ritorno alla lezione di chimica delle scuole superiori.L'elemento base dei pannelli solari è lo stesso elemento che ha contribuito a creare la rivoluzione del computer: silicio puro.Quando il silicio è spogliato di tutte le impurità, crea una piattaforma neutra ideale per la trasmissione di elettroni.Il silicio ha anche alcune proprietà a livello atomico che lo rendono ancora più attraente per la creazione di pannelli solari.

Gli atomi di silicio hanno spazio per otto elettroni nelle loro fasce esterne, ma portano solo quattro nel loro stato naturale.Ciò significa che c'è spazio per altri quattro elettroni.Se un atomo di silicio contatta un altro atomo di silicio, ciascuno riceve gli altri atomi quattro elettroni.Questo crea un forte legame, ma non esiste una carica positiva o negativa perché gli otto elettroni soddisfano i bisogni degli atomi.Gli atomi di silicio possono combinarsi per anni per provocare un grande pezzo di silicio puro.Questo materiale viene utilizzato per formare le piastre dei pannelli solari.

dove la scienza entra in scena.Due piastre di silicio puro non genererebbero elettricità nei pannelli solari, perché non hanno carica positiva o negativa.I pannelli solari sono creati combinando silicio con altri elementi che hanno cariche positive o negative.

Il fosforo, ad esempio, ha cinque elettroni da offrire ad altri atomi.Se il silicio e il fosforo sono combinati chimicamente, il risultato è un otto elettroni stabili con un ulteriore elettrone libero per la corsa.Non può lasciare, perché è legato agli altri atomi di fosforo, ma non è necessario per il silicio.Pertanto, questa nuova piastra di silicio/fosforo è considerata carica negativamente.

Per flusso di elettricità, deve essere creata anche una carica positiva.Ciò si ottiene nei pannelli solari combinando silicio con un elemento come il boro, che ha solo tre elettroni da offrire.Una piastra di silicio/boro ha ancora un punto rimasto per un altro elettrone.Ciò significa che la piastra ha una carica positiva.Le due piastre sono inserite insieme nei pannelli solari, con fili conduttivi che corrono tra di loro.

Con le due piastre in posizione, è ora il momento di portare l'aspetto solare dei pannelli solari.La luce solare naturale invia molte diverse particelle di energia, ma quella era più interessata è chiamata fotone.Un fotone si comporta essenzialmente come un martello in movimento.Quando le piastre negative delle celle solari sono puntate con un angolo adeguato rispetto al sole, i fotoni bombardano gli atomi di silicio/fosforo. Alla fine, il nono elettrone, che vuole comunque essere libero, viene eliminato dall'anello esterno.Questo elettrone non rimane libero a lungo, poiché la piastra positiva di silicio/boro lo attira nel punto aperto sulla sua banda esterna.Mentre i fotoni Suns rompono più elettroni, viene generata l'elettricità.L'elettricità generata da una cella solare non è molto impressionante, ma quando tutti i fili conduttivi allontanano gli elettroni liberi dalle piastre, c'è abbastanza elettricità per alimentare motori a basso amperaggio o altri elettronici.Qualunque cosa gli elettroni non vengano usati o persi all'aria vengono restituiti alla piastra negativa e l'intero processo ricomincia. Uno dei principali problemi con l'uso di pannelli solari è la piccola quantità di elettricità che generano rispetto alle loro dimensioni.Un calcolatore potrebbe richiedere solo una singola cella solare, ma un'auto a energia solare richiederebbe diverse migliaia.Se l'angolo dei pannelli solari viene modificato anche leggermente, l'efficienza può diminuire del 50 percento. Un po 'di alimentazione dai pannelli solari può essere immagazzinato in batterie chimiche, ma di solito non c'è molto potenza in eccessor in primo luogo.La stessa luce solare che fornisce fotoni fornisce anche onde ultraviolette e a infrarossi più distruttive, che alla fine fanno degradare fisicamente i pannelli.I pannelli devono anche essere esposti a elementi meteorologici distruttivi, che possono anche influenzare seriamente l'efficienza.

Molte fonti si riferiscono anche ai pannelli solari come celle fotovoltaiche, che fa riferimento all'importanza della luce (foto) nella generazione di tensione elettrica.La sfida per i futuri scienziati sarà quella di creare pannelli solari più efficienti sono abbastanza piccoli per le applicazioni pratiche e abbastanza potenti da creare energia in eccesso per i momenti in cui la luce solare non è disponibile.