ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА

​THE PROCESS OF OBTAINING ELECTRICAL ENERGY FROM THE ENERGY OF THE SUN

Nikolay Prudnikov

student, Department of Electrical Engineering and Electronics, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлено описание процесса преобразования солнечной энергии в электрическую.

ABSTRACT

This article describes the process of converting solar energy into electrical energy.

Ключевые слова: солнечная энергия, фотоэффект, фотоэлектрический преобразователь.

Keywords: solar energy, photoelectric effect, photovoltaic converter.

Достаточно большое количество людей сталкивалось с солнечными элементами, которые выполняют различные функции. Например, для получения электричества в бытовых условиях люди используют солнечные батареи, а для зарядки устройства в полевых условиях используется небольшая солнечная панель.

Источником энергии в таких элементах является солнечный свет, или, говоря на научном языке, благодаря фотонам солнечного света вырабатывается электрическая энергия. Фотоны можно представить в виде элементарных частиц, беспрерывно движущихся от Солнца. Каждая частица обладает определенной энергией и в результате световой поток имеет в себе энергию.

В форме излучения с каждого квадратного метра поверхности Солнца беспрестанно излучается 63 МВт энергии. Максимальная интенсивность этого излучения приходится на диапазон видимого спектра – волны с длиной от 400 до 800 нм. Энергия потока солнечного света после прохождения расстояния от Солнца до Земли через атмосферу и при достижении поверхности Земли в среднем составляет 900 Вт на квадратный метр.

Энергия светового потока для получения электричества должна быть преобразована в электрических ток, то есть в энергию движущихся заряженных частиц. Для преобразования энергии светового потока в электричество необходим фотоэлектрический преобразователь. Фотоэлектрические преобразователи, так называемые солнечные ячейки встречаются в свободной продаже и очень распространены.

Монокристалические солнечные преобразователи являются одними из лучших, так как их КПД составляет 18%. Таким образом, если поток фотонов обладает плотностью 900 Вт/м², то с одного квадратного метра батареи вырабатывается 160 Вт электричества. Здесь работает явление, так называемое фотоэффектом, которое заключается в вырывании электронов из вещества при воздействии света или другого электромагнитного излучения.

Макс Планк в 1900 году предположил, что свет излучается и происходит поглощение отдельными частями или квантами, которые в 1926 году Гилберт Льюис назвал фотонами. Энергия фотона определяется по формуле:

 - постоянная Планка, Дж с;

 – частота излучения, Гц.

Однако в 1905 году Альберт Энштейн объяснил явление фотоэффекта и записал уравнение:

А_вых – работа выхода – минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул атом, эВ;

m – масса электрона, кг;

 – скорость электрона, м/с.

Согласно уравнению Энштейна, при поглощении электроном энергии фотона, энергия электрона в атоме увеличивается на величину энергии поглощенного фотона и после этого он выбивается из атома и свободно движется. Если направить электроны в одном направлении возникает электрический ток.

Фотоэлектрический преобразователь – полупроводник, у которого в p-n переходе при влиянии солнечного света возникает фотоэффект. Когда электрон покидают валентную зону, он движется в одном направлении, а противоположно ему движется дырка. Таким образом возникает электрический ток и происходит генерация электроэнергии из солнечного потока.

Список литературы:

1. https://interneturok.ru/lesson/physics/11-klass/kvantovaja-fizika/formula-eynshteyna-dlya-fotoeffekta-primenenie-fotoeffekta (дата обращения: 10.05.2022)
2. http://electricalschool.info/spravochnik/poleznoe/1914-kak-proiskhodit-process-preobrazovanija.html (дата обращения:10.05.2022)