Come funzionano i pannelli solari?

I pannelli solari stanno rapidamente diventando un’opzione di energia rinnovabile molto attraente, che potrebbe finire per essere incredibilmente vantaggioso per l’ambiente. Il processo di conversione della luce solare in energia elettrica è migliorato notevolmente negli ultimi decenni ed è ora più efficiente che mai. L’uso di energia solare è stato intorno per anni in piccoli dispositivi come calcolatrici, ma ora molti stanno parlando di alimentare le case e le imprese fuori di questi pannelli.

Il solare è una delle fonti di energia rinnovabile più promettenti attualmente disponibili, a causa del fatto che l’energia solare è abbondante. I raggi che emanano dal sole possono produrre quasi 1.000 watt di energia per ogni metro quadrato della superficie terrestre. Raccogliendo quell’energia, non dovremmo mai più fare affidamento sui combustibili fossili dannosi. Un sistema solare fotovoltaico utilizza la luce solare per generare elettricità che è possibile utilizzare per alimentare la vostra casa o in ufficio che può ridurre l’impronta di carbonio e l’impatto sull’ambiente.

L’energia solare viene creata utilizzando l’energia generata dal sole. Un pannello di energia solare è in grado di funzionare utilizzando l’energia solare che deriva dal sole. Ogni pannello di energia solare contiene molte diverse celle di silicio o celle solari. Sono blocchi di costruzione di pannelli solari. L’energia del sole viene assorbita da queste celle solari. L’energia solare derivata dal sole viene convertita in elettricità con l’aiuto di un pannello solare.

Per questo motivo, è importante capire esattamente come funzionano i pannelli solari e come possono essere utilizzati per produrre elettricità per la casa media.

1. I pannelli solari installati sui tetti assorbono la luce del sole (fotoni) dal sole.

2. Il silicio e i conduttori nel pannello convertono la luce solare in corrente continua (DC) elettricità che poi fluiscono nell’inverter.

3. L’inverter converte quindi DC a AC (corrente alternata) di energia elettrica che è possibile utilizzare a casa vostra.

4. L’elettricità in eccesso che non viene utilizzata da te può essere restituita alla rete.

5. Quando i pannelli solari producono meno energia di quanto richiesto da voi a casa, è sempre possibile acquistare energia elettrica dal programma di utilità.

Il processo di conversione dell’energia solare in elettricità

• I pannelli solari utilizzano uno speciale processo di conversione dei fotoni in elettroni per generare una corrente utilizzando un tipo speciale di cella nota come cella fotovoltaica. Queste cellule si trovano comunemente sulla parte anteriore di calcolatrici e piccoli gadget. Quando una banca di loro sono collegati tra loro, sono noti collettivamente come un pannello solare.

• Le celle fotovoltaiche sono costituite da materiali semi conduttivi come il silicio. Il semiconduttore assorbe la luce del sole. Quando questo accade, i fotoni alla luce del sole bussare alcuni degli elettroni nel materiale semi conduttivo sciolto che permette loro di fluire in una corrente elettrica.

• All’interno di ogni cella, c’è un campo elettrico che viene utilizzato per semplificare questo flusso di elettroni in una particolare direzione. Quando questi elettroni incontrano un contatto metallico posto sulla cella fotovoltaica, può essere utilizzato per alimentare i dispositivi.

L’uso del silicio

• Il silicio è costituito da una forma cristallina, con ogni atomo di silicio che contiene quattordici elettroni in una configurazione specializzata di tre gusci diversi. Due di questi gusci sono pieni e contengono rispettivamente due e otto elettroni. Il terzo guscio, che contiene gli ultimi quattro elettroni, è solo mezzo pieno. Per riempire l’ultimo guscio, il silicio condividerà elettroni con quattro atomi vicini. Questo è ciò che gli conferisce la sua struttura cristallina.

• Nella sua forma naturale, il silicio non è un materiale conduttivo particolarmente buono a causa del fatto che non ha elettroni liberi, a differenza di altri materiali conduttivi come il rame. Per liberare il movimento di questi elettroni, il silicio trovato nei pannelli solari è una forma speciale e impura di silicio. Mescolando in altri atomi con gli atomi di silicio, viene creato un numero non uniforme di elettroni liberi. Questi elettroni non formano legami, e quindi sono liberi di muoversi quando colpiti dalla luce.

• Il silicio è naturalmente molto lucido e riflettente, quindi per impedire ai fotoni di rimbalzare dal materiale, viene applicato un rivestimento antiriflesso alle cellule. Molto spesso, una copertura in vetro verrà posata sopra la parte superiore per proteggere il silicio dagli elementi esterni.

Il campo elettrico

• Quando il silicio positivo e negativo entrano in contatto l’uno con l’altro, gli elettroni liberi da un lato saranno attratti dall’altro. Quando i due si mescolano, creano una forma di barriera nota come campo elettrico. Questo campo spinge gli elettroni dal silicio positivo al negativo, ma non permettendo loro di fluire dall’altra parte.

• Quando i fotoni colpiscono la cella fotovoltaica, le coppie elettrone-foro vengono spezzate. Quando ciò accade, l’elettrone viene liberato e uno spazio diventa disponibile per essere riempito da un altro elettrone. L’elettrone si sposterà sul lato negativo mentre il foro si sposta sul lato positivo, creando uno squilibrio nella neutralità elettrica della cellula. Inserendo conduttori, possiamo usare questo movimento di elettroni crea una corrente mentre il campo elettrico crea una tensione. Il prodotto di questi due è il potere.

Perdita potenziale di energia

Uno dei principali problemi dell’energia solare è il fatto che è spesso meno efficiente di altre forme di produzione di energia, producendo basse quantità di energia rispetto a controparti come la combustione di combustibili fossili. Ci sono molte ragioni per questa perdita di energia.

• Una delle principali cause di perdita di energia è il fatto che la luce del sole arriva in molte lunghezze d’onda diverse. Alcune di queste lunghezze d’onda funzionano esattamente come previsto, con fotoni che separano coppie elettrone-foro. Tuttavia, alcuni di loro non hanno l’energia per separare queste coppie e passare in modo innocuo attraverso di loro. Altri hanno ancora troppa energia, il che significa che gran parte dell’energia viene persa a causa del fatto che c’è più energia di quella necessaria per liberare un elettrone, ma non abbastanza per battere più libero.

• Mentre un altro materiale richiederebbe meno energia per battere i loro elettroni liberi, ciò significherebbe che la tensione del materiale sarebbe molto più bassa. Al fine di aumentare l’efficienza, ci deve essere un equilibrio tra la tensione e la corrente prodotta dalla cella solare. Senza quell’equilibrio, l’efficienza è persa.

• Il metallo viene solitamente posizionato nella parte inferiore delle celle per condurre gli elettroni. Tuttavia, queste piastre non raccoglieranno tutta l’energia prodotta, poiché alcune andranno perse attraverso la parte superiore. Coprire la parte superiore significherebbe perdere la luce solare, mentre mettere i conduttori intorno all’esterno della cella richiederebbe agli elettroni di viaggiare molto oltre. Per questo motivo, le cellule sono spesso coperte da una sottile griglia di metallo per contribuire a ridurre la distanza gli elettroni hanno bisogno di viaggiare.

Usi Dell’energia Solare

• , Mediante l’apposizione di pannelli solari sul tetto di una casa, le celle fotovoltaiche possono essere utilizzate per produrre energia elettrica che può essere utilizzata direttamente dall’alimentazione elettrica della casa o, sempre più, conservata in grandi pile che può essere utilizzato per alimentare la casa come un generatore. Naturalmente, se si vive in una regione più scura del mondo, l’efficienza di questi pannelli solari sarà notevolmente ridotto.

• L’energia solare può anche essere venduta alle reti elettriche quando viene prodotto un eccesso di elettricità. Ciò significa che se il sole splende brillantemente, si può fare uso di celle solari per alimentare i dispositivi e anche fare qualche soldo si dovrebbe generare un eccesso di energia. Allo stesso modo, se il sole non splende, sarai comunque collegato alla rete elettrica principale che ti permetterà di acquistare energia da loro se non vuoi fare affidamento su batterie o generatori.

• I pannelli solari sono comuni anche nei veicoli spaziali per generare elettricità per i computer di bordo e altri apparecchi elettrici. Ciò è dovuto in gran parte al fatto che l’efficacia dei pannelli solari non è diminuita nello spazio, e il sole splende sempre il che significa che l’imbarcazione ha una fonte affidabile di energia senza bisogno di portare con sé combustibili pesanti o batterie. Questi pannelli si trovano spesso su satelliti e discovery craft come navette e mestieri come i rover di Marte.

Ogni pannello di energia solare contiene molte diverse celle di silicio o celle solari. Ogni cella solare genera alcuni volt di elettricità. I fotoni colpiranno la superficie di queste celle solari e quindi genereranno una corrente elettrica. Il tetto è il solito luogo in cui i pannelli solari sono installati nelle case o negli uffici in modo da ottenere la quantità necessaria di esposizione dal sole. I pannelli fotovoltaici sul pannello solare convertono l’energia solare in energia elettrica. L’elettricità che viene generata attraverso questi pannelli è per lo più DC (corrente continua) che verrà convertita in AC (corrente alternata) con l’aiuto di un inverter. Il silicio è uno dei materiali principali che viene solitamente utilizzato per realizzare un pannello solare.

Credito di immagine: Thomas Kohler, porto di San Diego