科普文:太陽(yáng)能電池的工作原理

2020-01-13 14:39  來(lái)源:環(huán)球科學(xué)  瀏覽:  

太陽(yáng)每年都會(huì )產(chǎn)生很多能量,我們稱(chēng)之為太陽(yáng)能。太陽(yáng)每天輻射在澳大利亞上的能量?jì)扇f(wàn)倍于我們從石油、天然氣和煤炭中獲得的能量,而且,對我們來(lái)說(shuō),在太陽(yáng)余下的五百萬(wàn)年的壽命中,太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的。

太陽(yáng)能板是由太陽(yáng)能電池組成,太陽(yáng)能電池可以將陽(yáng)光中的太陽(yáng)能轉換成電能。因為太陽(yáng)能電池可以直接從陽(yáng)光中發(fā)電,它是我們現在所有的發(fā)電技術(shù)中最可靠的一種,這也是為什么太陽(yáng)能電池在太空和一些難以解決問(wèn)題的偏遠地區中被廣泛使用的原因。

太陽(yáng)能電池是如何工作的?

太陽(yáng)能電池由硅原子組成??梢园言酉胂蟪山ㄖ系拇u——就像樂(lè )高中的積木一樣,但是因為原子的尺寸很小,你需要特殊工具來(lái)看見(jiàn)它們。太陽(yáng)能電池由硅晶圓層而來(lái),硅晶圓層的尺寸和晚餐餐盤(pán)相近,但是要薄很多——只比普通的頭發(fā)大概厚三倍。

將硅晶層變成太陽(yáng)能電池板需要特殊的制備工藝,硅晶層要被加熱到1000攝氏度,然后將一層金屬片放置在該層的背面,同時(shí)在太陽(yáng)能電池上覆蓋一層帶有孔洞的金屬網(wǎng)并讓此面沖向太陽(yáng)。

當60片太陽(yáng)能電池制備完成時(shí),它們將被固定在一層玻璃上來(lái)做成太陽(yáng)能電池板。一般來(lái)說(shuō),房頂上的太陽(yáng)能供電系統擁有10-50片太陽(yáng)能電池板,而在鄉村的太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)中則安裝了上百萬(wàn)的太陽(yáng)能電池板。

每一個(gè)硅原子中都含有著(zhù)尺寸極小,質(zhì)量極輕的電子,這些電子帶有微弱的電荷。當陽(yáng)光落在太陽(yáng)能電池板上時(shí),它會(huì )擊中其中的一個(gè)電子并使其脫離電子軌道。這些被擊中的電子可以自由活動(dòng),但是電池的特殊構造使得電子只能在一個(gè)朝著(zhù)太陽(yáng)的方向上移動(dòng)。

所以陽(yáng)光落在太陽(yáng)能電池上時(shí),許多電子將會(huì )脫離它們的軌道變成自由電子,因為太陽(yáng)能電池的特性,電子只能向上移動(dòng),從而產(chǎn)生可以驅動(dòng)家用電器的電流。

如果落在太陽(yáng)能電池上的陽(yáng)光越強,更多的電子將會(huì )受到撞擊脫離其軌道,產(chǎn)生的電流就越大。如果天氣不晴朗,被撞擊的電子數量將會(huì )減少,產(chǎn)生的電流將會(huì )減少百分之七十五甚至更多。在夜間時(shí),太陽(yáng)能電池板不會(huì )產(chǎn)生任何電能,這時(shí)候的供電完全依賴(lài)于電池或者其他電力來(lái)源。

我們該如何使用太陽(yáng)能電池?

太陽(yáng)能電池是最便宜的發(fā)電方式——甚至比一座新的火力發(fā)電廠(chǎng)或者核電站更便宜。這也是為什么全球太陽(yáng)能電池的安裝率是煤電的5倍,核電的20倍。

在澳大利亞,基本上新建成的發(fā)電站都是太陽(yáng)能電站或者風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)。使用太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電的電動(dòng)汽車(chē)可以取代產(chǎn)生污染的汽油汽車(chē)。太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電同樣可以被用于房屋的加熱和制冷,取代傳統的煤炭和天然氣供暖方式。

使用太陽(yáng)能和風(fēng)能有助于減少對地球造成損害的溫室氣體排放,相較于其他能源,太陽(yáng)能和風(fēng)能的成本很低,并且會(huì )變得更低;如果我們使用更多的風(fēng)能或太陽(yáng)能,就能加速減少傷害地球的傳統能源使用量(如煤炭,石油和天然氣)。

除此之外,硅原子是世界儲量第二大的原子(第一是氧原子)。實(shí)際上,大多數的沙子和石頭是由硅和氧構成的,所以我們不可能因為制備太陽(yáng)能電池用盡所有的硅。

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