Во ера во која интензивно се користат обновливите извори на енергија, не многу луѓе се запознати со начинот на кој се добива енергијата од овие извори, а која тие дома секојдневно ја користат. Досега најголем и најдолготраен извор (од наш аспект може да се смета и за вечен) кој нам нѝ е познат е Сонцето.
Втор дел – Фотоволтаици
Како што беше кажано во претходниот пост, кај фотоволтаиците директно се добива електрична енергија од сончева. Принципот на работа се заснова на познатиот фотоелектричен ефект (понекогаш се нарекува и фотоефект).
Фотоелектричен ефект е физичка појава кај која со делување на електромагнетно зрачење со доволно мала бранова должина, на пример видлива или ултравиолетова светлина (и светлината е електромагнетно зрачење), доаѓа до избивање на електрони од осветлениот материјал (метал, во поново време полупроводници). Ефектот на светлината врз електричните својства на материјалите го открил уште Бекерел во 1839 година, откривајќи го фотоволтаичниот ефект (сличен, но не ист со фотоелектричнито ефект). Фотоелектричниот ефект прв го забележал Херц во 1887 година при еден експеримент. Имено, Херц забележал дека електродите осветлени со ултравиолетова светлина (УВ) полесно создаваат искри отколку неосветлените. После тоа повеќе научници се занимавале со оваа проблематика, сè до 1905 година кога Ајнштајн успеал целосно да го објасни ефектот. Спротивно на широко распространетото мислење дека Ајнштајн добил Нобелова награда за неговата општа теорија за релативноста, вистината е дека тој ја обил Нобеловата награда во 1921 година токму за ова откритие. Проучувањето на фотоефектот доведе до важни откритија за квантната природа на светлината и електроните, односно до идејата за дуална природа на брановите и честичките.
Како работи фотоефектот
Во согласност со теоријата за дуална природа на светлината, таа може да се набљудува истовремено и како електромагнетен бран и како збир на честички, наречени фотони. Фотоните во еден светлосен зрак имаат карактеристична енергија која е одредена од фрекфенцијата на светлината: E=h*f, каде Е е енергијата, f фрекфенцијата и h е Планковата константа. Доколку еден фотон се судри со електрон од материјалот и притоа има енергија повисока од излезната работа на материјалот (тоа е енергијата на врзување меѓу електронот и атомот), тогаш електронот ќе биде исфрлен од материјалот. Доколку енергијата на фотонот е мала, тогаш електронот нема да има доволно енергија да го напушти материјалот. Доколку се зголеми енергијата на влезната светлина, ќе се зголеми и бројот на избиени електрони (уште се нарекуваат и фотоелектрони), но нема да се зголеми енергијата на поединечните електрони. Тоа значи дека енергијата на избиените електрони не зависи од интензитетот на светлината, туку само од нејзината фрекфенција. Во тоа всушност и се состои меѓусебното дејство на фотоните и електроните. Кога електронот ќе ја апсорбира енергијата на фотонот, еден дел од нејзе се троши за ослободување на електронот од атомот, додека остататокот му дава кинетичка енергија на електронот. Оваа зависност на кинетичката енергија на електронот од фрекфенцијата е опишана со Ајнштајновата равенка
Ek = h (f – f0) = hf – W0
каде f0 е граничната фрекфенција, карактеристична за материјалот, од каде се добива дека W0 е излезната работа.
Оттука натаму работата е веќе горе-долу јасна, кога веќе имаме слободни електрони со одредена кинетичка енергија, а електричната струја во основа е движење на слободни електрони. Треба да се напомене дека за разлика од индиректниот начин на производство на електрична од сончева енергија, каде се добива наизменична струја, тука добиваме еднонасочна. За да може таа струја да се вклучи во електричната мрежа, за потоа ние да ја користиме, треба претходно да се претвори во наизменична, со помош на претворувачи.
Соларни ќелии
Составен дел на секој фотоволтаик (соларен панел) е соларната ќелија. Соларните ќелии всушност претставуваат фотодиоди, што е обратно од ЛЕД – додека ЛЕД испуштаат светлина при поларизација (поврзување на електричен извор), фотодиодите произведуваат светлина под дејство на светлина. Како и секоја диода, и фотодиодите во основа претставуваат p-n спој, каде p го означува слојот од материјалот во кој доминираат позитивни честици, а n го означува слојот во кој доминираат негативните честици, електроните. Заради таквата поставеност на спојот (материјалот), кога светлината ќе ги избие електроните од n слојот, тие самостојно се придвижуваат, без надворешен електричен извор, со тоа создавајќи струја.
Соларните ќелии се доста чувствителни (ова многумина го дознале на потешкиот начин, играјќи си со соларната ќелија на својот калкулатор J ). Затоа, при составувањето на панелите (фооволтаиците) тие се поврзуваат цврсто и густо, заштитени со стакло.
Примената на фотоволтаиците е огромна. Освен веќе кај споменатите калкулатори, тие најдоа своја примена и во конструирањето на превозни средства. Така, денес има огромем број на инвентивни дизајни на електрични автомобили кои се напојуваат исклучиво од сонцето, пред извесно време беа промовирани и првиот соларен авион и првиот соларен брод. Секако, најбитната улога ја играат во производството на електрична енергија за широка потрошувачка. Дури и во Македонија во последните години се изградени неколку фотоволтаични централи, а издадени уште голем број на лиценци. Можеби најамбициозен проект досега е проектот Desertec. Замислата е изградба на голема мрежа на фотоволтаични централи низ пустината Сахара во Северна Африка, со вкупен капацитет од 100 GW, кои според процените би требало да обезбедат околу 15% од вкупните енергетски потреби на Европа.
Недостатоци
Но сепак, не е сè розово кога се работи за соларните централи. Прво, почетната инвестиција е многу голема заради скапата изработка на соларните ќелии. Тоа значи дека без субвенции од владата, струјата добиена во овие централи би била прескапа. Споменавме и дека соларните ќелии произведуваат еднонасочна струја, која за да биде корисна мора да се претвори во наизменична. Тука има загуби од 4-12%. Струја не се произведува ноќе, а намалено е производството кога е облачно или во зима, зашто за разлика од системите кај индиректно производство на струја, овде е неопходна директна сончева светлина. Утеха дава тоа што во поново време се работи на соларни ќелии кои работат и во опсегот на инфрацрвената светлина.
One Comment
Pingback: Сончева Енергија - за кого Сонцето свети најсилно? | ЛОЗА