הבעיה הגדולה ביותר עם אורות סולאריים היא שהם לא יכולים להשיג כוח בימים גשומים ואינם יכולים לשמור על פעולה רגילה. כל כך הרבה לקוחות שואלים אותנו לעתים קרובות: האם ניתן לטעון נורות LED מקורות על ידי אורות סולאריים? אולי כולנו מצפים שהתשובה לשאלה זו היא "כן", אך למרבה הצער, התשובה היא "בקושי", הבא בואו נבחן את הסיבות.
איך עובד פאנל סולארי?
השמש פולטת אנרגיה בצורת גלים המשתנים באורך, החל מגלים אולטרה סגולים קצרים ועד גלים אינפרא אדום ארוכים, וכאשר אור השמש זורחים, גלים אלה נעים לעבר האדמה ופוגעים בשטח הפאנלים הסולאריים.
למעשה, תאים סולאריים מורכבים משלוש שכבות. השכבה העליונה היא סיליקון וכמות קטנה מאוד של אלמנטים שיש להם יותר אלקטרונים מסיליקון, כמו זרחן. זה מאפשר לעודף אלקטרונים בשכבה העליונה לנוע בחופשיות, מה שהופך את החומר למוליך יותר. לכן, השכבה העליונה נקראת גם האלקטרודה השלילית או שכבת N; השכבה התחתונה מכילה סיליקון ואלמנטים עם פחות אלקטרונים מאשר סיליקון, כמו בורון, מה שמקטין את מספר האלקטרונים הניידים בשכבה התחתונה, ובכך מפחית את המוליכות של החומר לאלקטרונים. ניתן לתאר אלקטרונים חסרים כמטען חיובי יעיל, ולכן השכבה התחתונה נקראת גם האלקטרודה החיובית או שכבת P.
כאשר האור מקרין את פני השטח של לוח סולארי סיליקון, גלי האור הספגים דופקים את האלקטרונים בשכבה האמצעית מעל אטומי הסיליקון, מה שגרם לאלקטרונים להשתחרר ולהשאיר שטח טעון חיובי באזור המקורי של האלקטרונים, ואז האלקטרונים הרופפים הנעים לעבר שכבת ה- N העליונה, שכב זה קל לקבל אלקטרונים; במקביל, המטענים החיוביים הרופפים נעים לכיוון התחתית ומגיעים לשכבת P התחתונה. שכבה זו מקבלת יותר אישומים חיוביים. זה יימשך כל עוד יש אור שמש.
בשלב זה, אם חוט מחובר בין החלק העליון לתחתית, נוצר ערוץ לאלקטרונים לעבור משכבת N לשכבת P, אז נוצר זרם.
באיזה אורך גל משתמשים לוחות סולאריים?
בדיוק הזכרנו שרק גלי אור שנספגים יכולים להפיל אלקטרונים בשכבה האמצעית. אז אילו אורכי גל של אור יכולים להיספג על ידי לוחות סולאריים?
למעשה, הספקטרום השמש מחולק לאור גלוי ואור בלתי נראה. אורך הגל של האור הנראה הוא 400 ~ 760nm. האור הבלתי נראה מחולק לשני סוגים: זה שנמצא מחוץ לתאורה האדומה נקרא אינפרא אדום, עם אורך גל העולה על 760 ננומטר, עד 5300 ננומטר; זה שנמצא מחוץ לאור הסגול נקרא Ultraviolet, עם אורך גל של 290 ~ 400nm.
לאחר בדיקות חוזרות ונשנות של מדענים, רק אור עם אורך גל של 350-1140 nm נקלט על ידי השכבה האמצעית של התא השמש. טווח אורך גל זה כולל את כל הספקטרום הנראה לעין, כמות קטנה של קרניים אולטרה סגולות וכמות קטנה של קרני אינפרא אדום. לפיכך, האור האולטרה סגול שנותר אורך גל קצר מאוד ויכול להישאר רק על פני השטח. אור האינפרא אדום שנותר בעל אורך גל ארוך מאוד והוא יעבור ישירות דרך התא הסולארי ולא ניתן לספוג אותו.
מה ההבדל בין אור מלאכותי לאור שמש?
הספקטרום השמש הוא ספקטרום רציף שנפלט על ידי השמש. הוא מכיל אור באורכי גל שונים מאולטרה סגול לאינפרא אדום, והספקטרום רציף ללא הפרעה או חסר.
לעומת זאת, ספקטרום מקורות האור המלאכותיים משתנה עקרונות הזוהר שונים. לדוגמה, הספקטרום של מקור אור ליניארי כמו מנורת כספית הוא יחיד יחסית ובעיקר מורכב מאור באורך גל ספציפי, בדרך כלל סגול. מקורות אור LED מייצרים אור לבן על ידי ערבוב אדום, ירוק וכחול או באמצעות זרחן. הספקטרום של מקורות אור LED כזה הוא בדרך כלל אינו רציף, אלא מרוכז בטווחים מסוימים באורך גל.
בנוסף, מבחינת עיבוד צבע, אור השמש מכיל את כל ספקטרום האור הנראה לעין, כך שהוא יכול לייצג במדויק את הצבע המקורי של החומרים. חלק ממקורות האור המלאכותיים עשויים שלא להיות מסוגלים לשחזר במלואם צבעים מסוימים, מה שגורם לחפצים להראות שונים בצבע תחת מקורות אור אלה מאשר תחת אור שמש.
מדוע פוטונים קלים מזיזים אלקטרונים בתוך פאנלים סולאריים?
האור מאפשר לאלקטרונים בפאנלים סולאריים לנוע בגלל האפקט הפוטו -אלקטרוני בין אור לאלקטרונים. האפקט הפוטואלקטרי הוא תהליך פיזי. כאשר האור זורח על פני לוח סולארי, האלקטרונים על פני הפאנל הסולארי מייצרים מטענים על ידי ספיגת אנרגיית פוטון.
כפי שהזכרנו זה עתה, פני הפאנל הסולארי עשויים מחומרים מוליכים למחצה כמו סיליקון. כאשר אור השמש זורח בלוח השמש, פוטונים מקיימים אינטראקציה עם אטומים או מולקולות על פני חומר המוליכים למחצה, ואנרגיה של הפוטונים מועברת לאלקטרונים בחומרים מוליכים למחצה גורמים לרמת האנרגיה של האלקטרונים לעלות. כאשר האנרגיה של האלקטרונים הללו מגיעה לרמה מסוימת, הם יכולים להתנתק מהמוצק ליצירת אלקטרונים חופשיים ויונים חיוביים. האלקטרונים החינמיים הללו מסוגלים לנוע בחופשיות במעגל הפאנל הסולארי, ויוצרים זרם חשמלי.
אז האם פוטונים של אור מלאכותי יכולים להזיז אלקטרונים במוליכים למחצה? התשובה היא כן, אך מכיוון שיש הבדל משמעותי בין הפוטונים באור מלאכותי לבין הפוטונים באור טבעי, ההשפעה של טעינה של פאנלים סולאריים באמצעות אור מלאכותי תהיה גרועה מאוד.
מה ההבדל בפוטונים באור שמש ובאור מלאכותי?
אור שמש הוא מקור אור טבעי עם כוח קרינה גבוה במיוחד. מספר הפוטונים שהוא פולט בשנייה גדול ביותר, כך שאנרגיית הקרינה לשנייה גם ענקית מאוד. בנוסף, ספקטרום השמש מכיל סוגים שונים של אור מאולטרה סגול לאינפרא אדום. אורך הגל של האור הופך את התפלגות אנרגיית הפוטון לרחבה יחסית.
לעומת זאת, הכוח הקורן של מקורות אור מלאכותיים הוא בדרך כלל נמוך בהרבה מכיוון שהספקטרום של מקורות אור מלאכותיים מרוכז בעיקר בטווחים מסוימים באורך גל. המשמעות היא שמספר הפוטונים הנפלטים על ידי מקורות אור מלאכותיים אינו רק קטן יותר בסך הכל, אלא גם מופץ בצורה צרה יותר בטווח אורך גל ספציפי.
אז בסך הכל, יש הרבה יותר פוטונים באור שמש מאשר במקורות אור מלאכותיים. זה מסביר מדוע פאנלים סולאריים גובים בחיק הטבע ביעילות יותר באור שמש מלא, שכן אור שמש מספק פוטונים נוספים להפעלת אלקטרונים בתאים פוטו -וולטאיים.
מַסְקָנָה
לאחר שאמרנו זאת, אנו מאמינים שכולם כבר ברורים. בהתבסס על עיקרון העבודה של פאנלים סולאריים, מה שצריך הוא פוטונים מספיקים ומופצים באופן נרחב בספקטרום השמש כדי למקסם את היווצרות הזרם דרך האפקט הפוטואלקטרי. עם זאת, מקורות אור מלאכותיים נוכחיים אינם יכולים לעמוד בדרישות של תנאי אור השמש, לכן קשה מאוד להשתמש במקורות אור מלאכותיים כדי לטעון לוחות סולאריים.
