Το μεγαλύτερο πρόβλημα με τα ηλιακά φώτα είναι ότι δεν μπορούν να πάρουν δύναμη στις βροχερές ημέρες και δεν μπορούν να διατηρήσουν την κανονική λειτουργία. Τόσοι πολλοί πελάτες μας ρωτούν συχνά: Μπορούν να χρεώνονται οι λαμπτήρες LED εσωτερικού χώρου από ηλιακά φώτα; Ίσως όλοι αναμένουμε ότι η απάντηση σε αυτή την ερώτηση είναι "ναι", αλλά δυστυχώς, η απάντηση είναι "δύσκολα", στη συνέχεια ας εξερευνήσουμε τους λόγους.
Πώς λειτουργεί το ηλιακό πάνελ;
Ο ήλιος εκπέμπει ενέργεια με τη μορφή κυμάτων που ποικίλλουν σε μήκος, από μικρά υπεριώδη κύματα έως μακρά υπέρυθρη κύματα και όταν το φως του ήλιου λάμπει, αυτά τα κύματα κινούνται προς τη γη και χτυπούν την επιφάνεια των ηλιακών συλλεκτών.
Στην πραγματικότητα, τα ηλιακά κύτταρα αποτελούνται από τρία στρώματα. Το ανώτερο στρώμα είναι πυρίτιο και μια πολύ μικρή ποσότητα στοιχείων που έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια από το πυρίτιο, όπως ο φωσφόρος. Αυτό επιτρέπει την υπερβολική ηλεκτρόνια στο επάνω στρώμα να κινείται ελεύθερα, καθιστώντας το υλικό πιο αγώγιμο. Επομένως, το ανώτερο στρώμα ονομάζεται επίσης αρνητικό ηλεκτρόδιο ή n στρώμα. Το κάτω στρώμα περιέχει πυρίτιο και στοιχεία με λιγότερα ηλεκτρόνια από το πυρίτιο, όπως το βόριο, το οποίο μειώνει τον αριθμό των κινητών ηλεκτρονίων στο κάτω στρώμα, μειώνοντας έτσι την αγωγιμότητα του υλικού στα ηλεκτρόνια. Ένα ηλεκτρόνιο που λείπει μπορούν να περιγραφούν ως αποτελεσματικό θετικό φορτίο, οπότε το κάτω στρώμα ονομάζεται επίσης θετικό ηλεκτρόδιο ή στρώμα Ρ.
Όταν το φως ακτινοβολεί την επιφάνεια ενός ηλιακού πλαισίου πυριτίου, τα απορροφημένα κύματα φωτός χτυπούν τα ηλεκτρόνια στο μεσαίο στρώμα από τα άτομα του πυριτίου, προκαλώντας τα ηλεκτρόνια να χαλαρώσουν και να αφήσουν μια θετική φορτισμένη περιοχή στην αρχική περιοχή των ηλεκτρόνων και στη συνέχεια τα χαλαρά ηλεκτρόνια που κινούνται προς το στρώμα N, αυτό το στρώμα είναι εύκολο να δεχτεί. Ταυτόχρονα, τα χαλαρά θετικά φορτία κινούνται προς τα κάτω, φθάνοντας στο κάτω στρώμα P. Αυτό το στρώμα αποδέχεται περισσότερο τις θετικές χρεώσεις. Αυτό θα συνεχιστεί όσο υπάρχει φως του ήλιου.
Αυτή τη στιγμή, εάν ένα καλώδιο είναι συνδεδεμένο μεταξύ της επάνω και του πυθμένα, σχηματίζεται ένα κανάλι για να μετακινούνται τα ηλεκτρόνια από το στρώμα Ν στο στρώμα Ρ, τότε σχηματίζεται ένα ρεύμα.
Τι μήκος κύματος χρησιμοποιούν οι ηλιακοί πάνελ;
Μόλις αναφέραμε ότι μόνο τα απορροφημένα φωτεινά κύματα μπορούν να χτυπήσουν τα ηλεκτρόνια στο μεσαίο στρώμα. Ποια μήκη κύματος του φωτός μπορούν να απορροφηθούν από ηλιακούς συλλέκτες;
Στην πραγματικότητα, το ηλιακό φάσμα χωρίζεται σε ορατό φως και αόρατο φως. Το μήκος κύματος του ορατού φωτός είναι 400 ~ 760nm. Το αόρατο φως χωρίζεται σε δύο τύπους: αυτός που βρίσκεται έξω από το κόκκινο φως ονομάζεται υπέρυθρο, με μήκος κύματος μεγαλύτερο από 760nm, μέχρι 5300nm. Το ένα που βρίσκεται έξω από το μοβ φως ονομάζεται Ultraviolet, με μήκος κύματος 290 ~ 400nm.
Μετά από επαναλαμβανόμενες δοκιμές από επιστήμονες, μόνο το φως με μήκος κύματος 350-1140 nm απορροφάται από το μεσαίο στρώμα του ηλιακού κυττάρου. Αυτό το εύρος μήκους κύματος περιλαμβάνει ολόκληρο το ορατό φάσμα, μια μικρή ποσότητα υπεριώδους ακτίνων και μια μικρή ποσότητα υπέρυθρων ακτίνων. Επομένως, το υπόλοιπο υπεριώδες φως έχει πολύ μικρό μήκος κύματος και μπορεί να παραμείνει μόνο στην επιφάνεια. Το υπόλοιπο υπέρυθρο φως έχει πολύ μεγάλο μήκος κύματος και θα περάσει απευθείας μέσω του ηλιακού κυττάρου και δεν μπορεί να απορροφηθεί.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του τεχνητού φωτός και του ηλιακού φωτός;
Το ηλιακό φάσμα είναι ένα συνεχές φάσμα που εκπέμπεται από τον ήλιο. Περιέχει φως διαφόρων μηκών κύματος από υπεριώδη έως υπέρυθρες και το φάσμα είναι συνεχές χωρίς διακοπή ή λείπει.
Αντίθετα, το φάσμα των τεχνητών πηγών φωτός ποικίλλει λόγω των διαφορετικών αρχών φωταύγειας. Για παράδειγμα, το φάσμα μιας γραμμικής πηγής φωτός, όπως ένας λαμπτήρας υδραργύρου, είναι σχετικά ενιαίο και αποτελείται κυρίως από ένα ειδικό μήκος κύματος, συνήθως μοβ. Οι πηγές φωτός LED παράγουν λευκό φως αναμειγνύοντας το κόκκινο, το πράσινο και το μπλε ή τη χρήση φωσφορών. Το φάσμα αυτών των πηγών φωτός LED συνήθως δεν είναι συνεχές, αλλά συγκεντρωμένο σε ορισμένες περιοχές μήκους κύματος.
Επιπλέον, όσον αφορά την απόδοση χρώματος, το ηλιακό φως περιέχει ολόκληρο το φάσμα ορατού φωτός, έτσι ώστε να μπορεί να αντιπροσωπεύει με ακρίβεια το αρχικό χρώμα των υλικών. Ορισμένες τεχνητές πηγές φωτός ενδέχεται να μην είναι σε θέση να αποκαταστήσουν πλήρως ορισμένα χρώματα, προκαλώντας τα αντικείμενα να εμφανίζονται διαφορετικά στο χρώμα κάτω από αυτές τις πηγές φωτός από ό, τι κάτω από το φως του ήλιου.
Γιατί τα ελαφρά φωτόνια μετακινούν ηλεκτρόνια μέσα σε ηλιακούς συλλέκτες;
Το φως επιτρέπει σε ηλεκτρόνια σε ηλιακά πάνελ να μετακινούνται λόγω της φωτοηλεκτρικής επίδρασης μεταξύ φωτός και ηλεκτρονίων. Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι μια φυσική διαδικασία. Όταν το φως λάμπει στην επιφάνεια ενός ηλιακού πίνακα, τα ηλεκτρόνια στην επιφάνεια του ηλιακού πίνακα δημιουργούν φορτία απορροφώντας ενέργεια φωτονίων.
Όπως μόλις αναφέραμε, η επιφάνεια του ηλιακού πίνακα είναι κατασκευασμένη από υλικά ημιαγωγών όπως το πυρίτιο. Όταν το φως του ήλιου λάμπει στον ηλιακό πίνακα, τα φωτόνια αλληλεπιδρούν με άτομα ή μόρια στην επιφάνεια του υλικού ημιαγωγών και η ενέργεια των φωτονίων μεταφέρεται στα ηλεκτρόνια σε υλικά ημιαγωγών προκαλούν την αύξηση του επιπέδου ενέργειας των ηλεκτρονίων. Όταν η ενέργεια αυτών των ηλεκτρονίων φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, μπορούν να διαχωριστούν από τα στερεά σε ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά ιόντα. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι σε θέση να κινούνται ελεύθερα μέσα στο κύκλωμα του ηλιακού πίνακα, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα.
Μπορούν λοιπόν τα φωτόνια τεχνητού φωτός να μετακινούν ηλεκτρόνια σε ημιαγωγούς; Η απάντηση είναι ναι, αλλά επειδή υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ των φωτονίων στο τεχνητό φως και των φωτονίων σε φυσικό φως, η επίδραση της φόρτισης των ηλιακών συλλεκτών μέσω του τεχνητού φωτός θα είναι πολύ φτωχή.
Ποια είναι η διαφορά στα φωτόνια στο φως του ήλιου και στο τεχνητό φως;
Το φως του ήλιου είναι μια φυσική πηγή φωτός με εξαιρετικά υψηλή ισχύ ακτινοβολίας. Ο αριθμός των φωτονίων που εκπέμπει ανά δευτερόλεπτο είναι εξαιρετικά μεγάλος, οπότε η ενέργεια ακτινοβολίας ανά δευτερόλεπτο είναι επίσης πολύ τεράστιος. Επιπλέον, το ηλιακό φάσμα περιέχει διάφορους τύπους φωτός από υπεριώδη έως υπέρυθρες. Το μήκος κύματος του φωτός καθιστά την κατανομή της ενέργειας φωτονίων σχετικά ευρεία.
Αντίθετα, η ακτινοβολία των τεχνητών πηγών φωτός είναι συνήθως πολύ χαμηλότερη επειδή το φάσμα των τεχνητών πηγών φωτός συγκεντρώνεται κυρίως σε ορισμένες περιοχές μήκους κύματος. Αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός των φωτονίων που εκπέμπονται από τεχνητές πηγές φωτός δεν είναι μόνο μικρότερος συνολικά, αλλά και πιο στενά κατανεμημένα μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος μήκους κύματος.
Έτσι, συνολικά, υπάρχουν πολύ περισσότερα φωτόνια στο φως του ήλιου από ό, τι σε τεχνητές πηγές φωτός. Αυτό εξηγεί γιατί οι ηλιακοί συλλέκτες φορτίζουν πιο αποτελεσματικά σε εξωτερικούς χώρους σε πλήρη ηλιακό φως, καθώς το ηλιακό φως παρέχει περισσότερα φωτόνια για να ενεργοποιήσουν τα ηλεκτρόνια σε φωτοβολταϊκά κύτταρα.
Σύναψη
Τούτου λεχθέντος, πιστεύουμε ότι όλοι είναι ήδη σαφείς. Με βάση την αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών, αυτό που χρειάζεται είναι επαρκής και ευρέως διανεμημένα φωτόνια στο ηλιακό φάσμα για να μεγιστοποιηθεί ο σχηματισμός του ρεύματος μέσω του φωτοηλεκτρικού αποτελέσματος. Ωστόσο, οι τρέχουσες τεχνητές πηγές φωτός δεν μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις των συνθηκών του ηλιακού φωτός, επομένως, είναι πολύ δύσκολο να χρησιμοποιηθούν τεχνητές πηγές φωτός για τη φόρτιση ηλιακών συλλεκτών.
