சூரிய சக்தியை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் செயல்முறை எவ்வாறு செயல்படுகிறது

நம்மில் பலர் சூரிய மின்கலங்களை ஏதோ ஒரு வகையில் சந்தித்திருக்கிறோம். யாரோ ஒருவர் சோலார் பேனல்களைப் பயன்படுத்தி வீட்டு உபயோகத்திற்காக மின்சாரம் தயாரிக்கிறார், யாரோ ஒரு சிறிய சோலார் பேனலைப் பயன்படுத்தி வயலில் தங்களுக்குப் பிடித்த கேஜெட்டை சார்ஜ் செய்கிறார்கள், மேலும் ஒருவர் மைக்ரோ கால்குலேட்டரில் சிறிய சோலார் செல்களைப் பார்த்திருப்பார். சிலருக்கு அவரைச் சந்திக்கும் அதிர்ஷ்டமும் கிடைத்தது சூரிய மின் நிலையம். 

ஆனால் சூரிய சக்தியை மின்சாரமாக மாற்றும் செயல்முறை எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்று நீங்கள் எப்போதாவது யோசித்திருக்கிறீர்களா? இந்த அனைத்து சூரிய மின்கலங்களின் செயல்பாட்டிற்கும் என்ன இயற்பியல் நிகழ்வு அடிப்படையாக உள்ளது? இயற்பியலுக்குத் திரும்பி, தலைமுறை செயல்முறையை விரிவாகப் புரிந்துகொள்வோம்.

ஆரம்பத்திலிருந்தே இங்கு ஆற்றல் மூலமானது சூரிய ஒளி அல்லது அறிவியல் ரீதியாகப் பார்த்தால், மின் ஆற்றல் சூரிய கதிர்வீச்சின் ஃபோட்டான்கள் காரணமாக உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இந்த ஃபோட்டான்கள் சூரியனில் இருந்து தொடர்ந்து நகரும் அடிப்படை துகள்களின் நீரோட்டமாக குறிப்பிடப்படலாம், ஒவ்வொன்றும் ஆற்றல் கொண்டது, எனவே முழு ஒளி நீரோட்டமும் ஒருவித ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது.

சூரியனின் மேற்பரப்பின் ஒவ்வொரு சதுர மீட்டரிலிருந்தும் 63 மெகாவாட் ஆற்றல் தொடர்ந்து கதிர்வீச்சு வடிவில் வெளிப்படுகிறது! இந்த கதிர்வீச்சின் அதிகபட்ச தீவிரம் புலப்படும் நிறமாலையின் வரம்பில் விழுகிறது - 400 முதல் 800 nm வரை அலைநீளம். 

எனவே, சூரியனில் இருந்து பூமிக்கு தூரத்தில் சூரிய ஒளியின் ஓட்டத்தின் ஆற்றல் அடர்த்தி 149600000 கிலோமீட்டர்கள், வளிமண்டலத்தை கடந்து, நமது கிரகத்தின் மேற்பரப்பை அடைந்தவுடன், ஒரு சதுரத்திற்கு சராசரியாக சுமார் 900 வாட்ஸ் என்று விஞ்ஞானிகள் கண்டறிந்துள்ளனர். மீட்டர்.

இங்கே நீங்கள் இந்த ஆற்றலை ஏற்றுக்கொண்டு அதிலிருந்து மின்சாரத்தைப் பெற முயற்சி செய்யலாம், அதாவது சூரியனின் ஒளிப் பாய்வின் ஆற்றலை சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் ஆற்றலாக மாற்றுவதற்கு, வேறுவிதமாகக் கூறினால், மின்சாரம். 

ஒளியை மின்சாரமாக மாற்ற, நமக்கு ஒரு ஒளிமின்னழுத்த மாற்றி தேவை ... இத்தகைய மாற்றிகள் மிகவும் பொதுவானவை, அவை சுதந்திர வர்த்தகத்தில் காணப்படுகின்றன, இவை சூரிய மின்கலங்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன - சிலிக்கானில் இருந்து வெட்டப்பட்ட தட்டுகளின் வடிவத்தில் ஒளிமின்னழுத்த மாற்றிகள்.

சிறந்தவை மோனோகிரிஸ்டலின், அவை சுமார் 18% செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளன, அதாவது, சூரியனில் இருந்து வரும் ஃபோட்டான் ஓட்டம் 900 W / m2 ஆற்றல் அடர்த்தியைக் கொண்டிருந்தால், ஒரு சதுர மீட்டரிலிருந்து 160 W மின்சாரத்தைப் பெறுவதை நீங்கள் நம்பலாம். அத்தகைய கலங்களில் இருந்து கூடிய பேட்டரி.

"ஃபோட்டோ எலக்ட்ரிக் விளைவு" என்று அழைக்கப்படும் ஒரு நிகழ்வு இங்கே வேலை செய்கிறது. ஒளிமின்னழுத்த விளைவு அல்லது ஒளிமின்னழுத்த விளைவு - இது ஒளி அல்லது பிற மின்காந்த கதிர்வீச்சின் செல்வாக்கின் கீழ் ஒரு பொருளில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை வெளியேற்றும் நிகழ்வு (ஒரு பொருளின் அணுக்களிலிருந்து எலக்ட்ரான்களைப் பற்றிக்கொள்ளும் நிகழ்வு).

ஏற்கனவே 1900 இல்குவாண்டம் இயற்பியலின் தந்தையான மேக்ஸ் பிளாங்க், ஒளியானது தனித்தனி துகள்கள் அல்லது குவாண்டாவால் உமிழப்பட்டு உறிஞ்சப்படுகிறது என்று பரிந்துரைத்தார், பின்னர் 1926 இல் வேதியியலாளர் கில்பர்ட் லூயிஸ் "ஃபோட்டான்கள்" என்று அழைத்தார்.

ஒவ்வொரு ஃபோட்டானுக்கும் ஆற்றல் உள்ளது, அது E = hv சூத்திரத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது - பிளாங்க் மாறிலி உமிழ்வின் அதிர்வெண்ணால் பெருக்கப்படுகிறது.

மாக்ஸ் பிளாங்கின் யோசனைக்கு இணங்க, 1887 இல் ஹெர்ட்ஸ் கண்டுபிடித்த நிகழ்வு, பின்னர் 1888 முதல் 1890 வரை ஸ்டோலெடோவ் மூலம் முழுமையாக ஆய்வு செய்யப்பட்டது. அலெக்சாண்டர் ஸ்டோலெடோவ் ஒளிமின்னழுத்த விளைவை சோதனை ரீதியாக ஆய்வு செய்தார் மற்றும் ஒளிமின்னழுத்த விளைவின் மூன்று விதிகளை நிறுவினார் (ஸ்டோலெடோவின் விதிகள்):

• ஃபோட்டோகேதோடில் விழும் மின்காந்த கதிர்வீச்சின் நிலையான நிறமாலை கலவையில், செறிவூட்டல் ஒளிமின்னழுத்தம் கேத்தோடு கதிர்வீச்சுக்கு விகிதாசாரமாகும் (இல்லையெனில்: 1 வினாடிகளில் கேத்தோடிலிருந்து வெளியேறும் ஒளிமின்னணுக்களின் எண்ணிக்கை கதிர்வீச்சு தீவிரத்திற்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும்).

• ஒளிமின்னழுத்தங்களின் அதிகபட்ச ஆரம்ப வேகம் ஒளியின் தீவிரத்தை சார்ந்தது அல்ல, ஆனால் அதன் அதிர்வெண்ணால் மட்டுமே தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

• ஒவ்வொரு பொருளுக்கும் ஒளிமின்னழுத்த விளைவின் சிவப்பு வரம்பு உள்ளது, அதாவது ஒளியின் குறைந்தபட்ச அதிர்வெண் (பொருளின் வேதியியல் தன்மை மற்றும் மேற்பரப்பின் நிலையைப் பொறுத்து) அதற்குக் கீழே ஒளிச்சேர்க்கை சாத்தியமற்றது.

பின்னர், 1905 இல், ஐன்ஸ்டீன் ஒளிமின்னழுத்த விளைவு பற்றிய கோட்பாட்டை தெளிவுபடுத்தினார். ஒளியின் குவாண்டம் கோட்பாடு மற்றும் ஆற்றல் பாதுகாப்பு மற்றும் மாற்றத்தின் விதி எவ்வாறு நடக்கிறது மற்றும் கவனிக்கப்படுவதை சரியாக விளக்குகிறது என்பதை அவர் காண்பிப்பார். ஐன்ஸ்டீன் ஒளிமின்னழுத்த விளைவுக்கான சமன்பாட்டை எழுதுவார், அதற்காக அவர் 1921 இல் நோபல் பரிசு பெற்றார்:

வேலை செயல்பாடுகள் மற்றும் ஒரு பொருளின் அணுவை விட்டு வெளியேற எலக்ட்ரான் செய்ய வேண்டிய குறைந்தபட்ச வேலை இங்கே.வெளியேறிய பின் எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றல் இரண்டாவது சொல்.

அதாவது, ஃபோட்டான் அணுவின் எலக்ட்ரானால் உறிஞ்சப்படுகிறது, எனவே அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றல் உறிஞ்சப்பட்ட ஃபோட்டானின் ஆற்றலின் அளவு அதிகரிக்கிறது.

இந்த ஆற்றலின் ஒரு பகுதி அணுவிலிருந்து எலக்ட்ரானை விட்டு வெளியேறுவதற்கு செலவிடப்படுகிறது, எலக்ட்ரான் அணுவை விட்டு வெளியேறி சுதந்திரமாக நகரும் வாய்ப்பைப் பெறுகிறது. இயக்கப்பட்ட நகரும் எலக்ட்ரான்கள் மின்சாரம் அல்லது ஒளிமின்னழுத்தத்தைத் தவிர வேறில்லை. இதன் விளைவாக, ஒளிமின்னழுத்த விளைவின் விளைவாக ஒரு பொருளில் EMF தோற்றத்தைப் பற்றி பேசலாம்.

அதாவது, சோலார் பேட்டரி அதில் செயல்படும் ஒளிமின்னழுத்த விளைவுக்கு நன்றி செலுத்துகிறது. ஆனால் ஒளிமின்னழுத்த மாற்றியில் "நாக் அவுட்" எலக்ட்ரான்கள் எங்கு செல்கின்றன? ஒளிமின்னழுத்த மாற்றி அல்லது சூரிய மின்கலம் அல்லது போட்டோசெல் ஆகும் குறைக்கடத்தி, எனவே, புகைப்பட விளைவு அதில் அசாதாரணமான முறையில் நிகழ்கிறது, இது ஒரு உள் புகைப்பட விளைவு, மேலும் "வால்வு புகைப்பட விளைவு" என்ற சிறப்புப் பெயரையும் கொண்டுள்ளது.

சூரிய ஒளியின் செல்வாக்கின் கீழ், ஒரு குறைக்கடத்தியின் pn சந்திப்பில் ஒரு ஒளிமின்னழுத்த விளைவு ஏற்படுகிறது மற்றும் ஒரு EMF தோன்றுகிறது, ஆனால் எலக்ட்ரான்கள் ஒளிச்சேர்க்கையை விட்டு வெளியேறாது, எலக்ட்ரான்கள் உடலின் ஒரு பகுதியை விட்டு, மற்றொரு பகுதிக்கு செல்லும் போது அனைத்தும் தடுக்கும் அடுக்கில் நடக்கும். அதன் ஒரு பகுதி.

பூமியின் மேலோட்டத்தில் உள்ள சிலிக்கான் அதன் வெகுஜனத்தில் 30% ஆகும், அதனால்தான் இது எல்லா இடங்களிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பொதுவாக குறைக்கடத்திகளின் தனித்தன்மை அவை கடத்திகள் அல்லது மின்கடத்தா அல்ல, அவற்றின் கடத்துத்திறன் அசுத்தங்களின் செறிவு, வெப்பநிலை மற்றும் கதிர்வீச்சின் விளைவைப் பொறுத்தது.

ஒரு குறைக்கடத்தியில் உள்ள பேண்ட்கேப் என்பது சில எலக்ட்ரான் வோல்ட்டுகள் ஆகும், மேலும் இது அணுக்களின் மேல் வேலன்ஸ் பேண்ட் நிலைக்கும், எலக்ட்ரான்கள் திரும்பப் பெறப்படும் மற்றும் குறைந்த கடத்தல் நிலைக்கும் இடையே உள்ள ஆற்றல் வேறுபாடு. சிலிக்கான் 1.12 eV இன் பேண்ட்கேப்பைக் கொண்டுள்ளது—சூரிய கதிர்வீச்சை உறிஞ்சுவதற்குத் தேவையானது.

எனவே pn சந்திப்பு. ஃபோட்டோசெல்லில் டோப் செய்யப்பட்ட சிலிக்கான் அடுக்குகள் pn சந்திப்பை உருவாக்குகின்றன. இங்கே எலக்ட்ரான்களுக்கு ஒரு ஆற்றல் தடை உள்ளது, அவை வேலன்ஸ் பேண்டை விட்டு ஒரே ஒரு திசையில் நகரும், துளைகள் எதிர் திசையில் நகரும். இப்படித்தான் சூரிய மின்கலத்தில் மின்னோட்டம் பெறப்படுகிறது, அதாவது சூரிய ஒளியில் இருந்து மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.

ஃபோட்டான்களின் செயல்பாட்டிற்கு வெளிப்படும் pn சந்திப்பு, சார்ஜ் கேரியர்களை - எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளை - ஒரு திசையைத் தவிர வேறு வழியில் செல்ல அனுமதிக்காது, அவை பிரிந்து தடையின் எதிர் பக்கங்களில் முடிவடைகின்றன. மேல் மற்றும் கீழ் மின்முனைகள் மூலம் சுமை சுற்றுடன் இணைக்கப்படும் போது, ​​ஒளிமின்னழுத்த மாற்றி, சூரிய ஒளியில் வெளிப்படும் போது, ​​வெளிப்புற சுற்றுகளில் உருவாக்கப்படும். நேரடி மின்சாரம்.