Bagaimana Panel Suria Berfungsi: Penjelasan Ringkas

bagaimana panel solar berfungsi sebagai tajukVibe Images / Shutterstock Electricity mengelilingi kita. Sama ada dalam rangkaian kabel kuasa yang menutupi setiap negara maju, atau arus yang mengalir melalui aliran darah manusia agar jantung berdegup kencang, elektrik mendorong kehidupan kita. Ini telah mendorong kemajuan besar abad yang lalu dan rasa lapar untuk lebih banyak - dan kaedah yang lebih cekap - menjana elektrik sentiasa meningkat.

Menghasilkan watt besar yang menggerakkan dunia bukanlah tugas kecil, terutamanya memandangkan ia memerlukan penggunaan sumber daya seperti arang batu dan gas. Walau bagaimanapun, sumber semula jadi terbatas dan proses pengekstrakan dan penggunaannya sering merosakkan. Seiring kemajuan teknologi dan populasi global membengkak, tenaga bersih dan boleh diperbaharui akan menjadi tongkat suci. Hasil penyelidikan tenaga boleh diperbaharui merangkumi kaedah seperti peleburan sejuk, tetapi buat masa ini ini adalah impian paip. Terdapat, bagaimanapun, sumber tenaga yang hebat dan mengerikan yang, jika tidak terbatas, kemungkinan akan bertahan berbilion tahun. Sumber yang kita bicarakan ialah matahari; inti sistem suria dan sumber tenaga paling banyak yang dapat kita jangkakan.

Budaya kuno sering memuliakan matahari sebagai dewa, baik kerana penampilannya yang membutakan dan kemampuan membuat tanaman tumbuh. Walaupun pemujaan Aten dan Helios mungkin telah mati, matahari terus memberikan pengaruh utama di planet kita, sama ada dengan menyuburkan pertumbuhan seluruh ekosistem atau membunuhnya dengan kekeringan. Sekarang, dengan perkembangan teknologi baru-baru ini, matahari bahkan mungkin memberi kita kekuatan tanpa had ke depan. 

Proses menukar cahaya menjadi elektrik dikenali sebagai "fotovoltaik." Kata photovoltaic berasal dari kata Yunani "phos" (cahaya) dan istilah volt, unit pengukuran daya elektromotif. Sel fotovoltaik adalah alat yang dibina untuk menangkap cahaya matahari dan mengubahnya menjadi elektrik yang boleh digunakan. Panel suria, permukaan besar yang mengumpulkan sinar matahari dan mengubahnya menjadi elektrik, terbuat dari banyak sel fotovoltaik yang melakukan proses menghasilkan muatan elektrik dari sinar matahari.

Semikonduktor: doping tanpa skandal

Sel solar terbuat dari bahan semikonduktif, seperti silikon. Semikonduktor jatuh antara konduktor dan penebat dari segi kapasiti mereka untuk elektrik melaluinya, maka namanya. Silikon, walaupun konduktornya agak lemah, menonjolkan struktur kristal yang menjadikannya sangat sesuai untuk membina semikonduktor. Kerana cangkang luar atom silikon hanya separuh penuh dengan elektron, ia akan mengikat kuat dengan atom lain kerana ia ingin mengisi cangkangnya.

Untuk menjadikan silikon lebih konduktif, ia dapat diberi "kekotoran" dengan menggabungkannya dengan unsur-unsur lain. Ini adalah proses yang disebut "doping," dan silikon yang dilekatkan dengan kekotoran memungkinkan pergerakan elektron yang lebih bebas. Dengan semikonduktor silikon, terdapat dua bahagian, masing-masing dilekatkan dengan bahan yang berbeza. Yang pertama didoping dengan fosfor, yang memiliki lima atom di cangkangnya. Apabila ia terikat dengan silikon, ia meninggalkan satu atom yang tidak terikat. Kerana elektron ini hanya ditahan di tempat oleh nukleus, ia memerlukan lebih sedikit tenaga untuk melepaskannya. Ini menghasilkan silikon jenis-N (negatif).

Silikon juga dapat didoping dengan boron, yang hanya memiliki tiga elektron di cangkangnya. Ini menghasilkan silikon jenis P (positif), yang menawarkan lubang yang dapat diisi oleh elektron bebas.

Apabila tenaga memukul silikon, ia dapat mengetuk elektron tambahan di sisi N bebas, dan mereka akan bergerak untuk mengisi lubang di sisi P. Selepas itu, elektron dari jenis-N dan jenis-P berkumpul dan membentuk medan elektrik. Sel suria menjadi diod, yang membolehkan elektron bergerak dari P ke N, tetapi tidak sebaliknya.

Cahaya matahari memukul silikon, melepaskan elektron bebas di sisi N, yang kemudian bergerak untuk mengisi lubang di sisi P. Cahaya matahari memukul silikon, melepaskan elektron bebas di sisi N, yang kemudian bergerak untuk mengisi lubang di sisi P.

Sudah tentu, proses ini memerlukan tenaga untuk memukul sel silikon. Di sinilah cahaya matahari masuk. Cahaya matahari terbuat dari foton, zarah-zarah kecil tenaga yang dapat menghantam sel suria dan melonggarkan elektron di sisi N. Aliran elektron bebas dari N ke P, mewujudkan arus elektrik semasa mereka melintas.

Setelah medan elektrik dibuat, yang tinggal hanyalah menggunakannya. Penyongsang kuasa sering dipasang pada sel suria - atau lebih sering sekumpulan sel yang disebut sebagai modul - dan akan menukar elektrik dari arus terus (DC) ke arus bolak-balik (AC), menjadikannya siap untuk diangkut ke rumah atau perniagaan.

Ketidakcekapan dan penyelidikan semasa

Walaupun (untuk semua maksud dan tujuan) kuasa matahari tidak terbatas, teknologi untuk mengubahnya menjadi elektrik yang boleh digunakan masih agak tidak efisien. Tidak semua tenaga cahaya matahari diserap oleh panel solar. Sebenarnya, sebahagian besarnya hilang. Secara amnya, sel suria terbaik hanya akan menukar 25 peratus tenaga yang mereka terima menjadi elektrik. Ini kerana cahaya matahari, seperti semua cahaya, terdiri dari spektrum beberapa panjang gelombang yang berbeza, masing-masing dengan tahap intensitasnya sendiri. Beberapa panjang gelombang akan terlalu lemah untuk mengetuk elektron. Panjang gelombang lain akan terlalu kuat untuk silikon untuk memanfaatkan sepenuhnya tenaga mereka.

Tambahan pula, panel solar memerlukan penempatan yang sangat spesifik. Sudut panel harus tepat untuk menangkap jumlah sinar matahari maksimum, dan seperti yang anda jangkakan, panel hanya akan berguna di daerah yang mendapat banyak sinar matahari. Cuaca yang buruk dapat mengubah susunan panel menjadi pemasangan seni yang sangat mahal dan sama sekali tidak menarik.

Penyelidikan panel solar yang lebih cekap sedang dilakukan. Sel solar filem tipis, dihasilkan dari kadmium, lebih nipis daripada sel silikon dan lebih baik menyerap tenaga suria. Mereka saat ini juga lebih buruk dalam mengubah tenaga itu menjadi elektrik, namun biaya rendah dan ukuran yang mudah menjadikannya jalan yang menarik untuk penelitian lebih lanjut.

Perkembangan utama lain adalah "silikon hitam," yang terdengar seperti MacGuffin dari kisah fantasi, tetapi benar-benar tidak berbahaya walaupun namanya tidak menyenangkan. Silikon hitam hanyalah silikon yang telah diperlakukan mempunyai permukaan hitam. Ini penting kerana objek hitam menyerap lebih banyak cahaya. Penyegaran ringkas mengenai fizik: cahaya kelihatan dibahagikan kepada panjang gelombang yang berbeza, masing-masing dilihat sebagai julat warna. Kami menganggap objek mempunyai warna tertentu kerana objek tersebut memantulkan panjang gelombang tertentu sambil menyerap yang lain. Objek hitam menyerap semua warna, tidak mencerminkan apa pun, oleh itu ia kelihatan hitam.

Silikon hitam boleh menjadi masa depan tenaga bersih, dan juga akan membuat sampul album Joy Division yang hebatSilikon hitam boleh menjadi masa depan tenaga bersih, dan juga akan membuat sampul album Joy Division yang hebat. LP3

Silikon hitam memiliki banyak potensi untuk membuat sel surya yang lebih menyerap, terutama di daerah di mana sinar matahari jarang atau di mana sinar matahari biasanya memukul pada sudut rendah. Kelemahan besar pada masa ini adalah bahawa proses membuat silikon hitam memberikannya luas permukaan yang lebih tinggi, yang membawa kepada peningkatan penggabungan pembawa, kejadian di mana elektron yang dibebaskan hanya bergabung semula dengan sel silikon daripada melakukan perjalanan untuk bergabung dengan atom yang berbeza dan menghasilkan arus elektrik.  

Kekurangannya, penyelidikan mengenai silikon hitam sedang berlangsung, dan baru-baru ini para saintis di Finland berjaya mengurangkan kejadian penggabungan pembawa, sehingga meningkatkan penukaran tenaga menjadi 22.1 persen. Ia tidak sehebat silikon biasa, namun peningkatan yang menjanjikan.