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科普文:太阳能电池的工作原理

2020-01-13 14:39  来源:环球科学  浏览:  
太阳每年都会产生很多能量,大家称之为太阳能。太阳每天辐射在澳大利亚上的能量两万倍于大家从石油、天然气和煤炭中获得的能量,而且,对大家来说,在太阳余下的五百万年的寿命中,太阳能是取之不尽用之不竭的。

太阳能板是由太阳能电池组成,太阳能电池可以将阳光中的太阳能转换成电能。因为太阳能电池可以直接从阳光中发电,它是大家现在所有的发电技术中最可靠的一种,这也是为什么太阳能电池在太空和一些难以解决问题的偏远地区中被广泛使用的原因。

太阳能电池是如何工作的?

太阳能电池由硅原子组成。可以把原子想象成建筑上的砖——就像乐高中的积木一样,但是因为原子的尺寸很小,你需要特殊工具来看见它们。太阳能电池由硅晶圆层而来,硅晶圆层的尺寸和晚餐餐盘相近,但是要薄很多——只比普通的头发大概厚三倍。

将硅晶层变成太阳能电池板需要特殊的制备工艺,硅晶层要被加热到1000摄氏度,然后将一层金属片放置在该层的背面,同时在太阳能电池上覆盖一层带有孔洞的金属网并让此面冲向太阳。

当60片太阳能电池制备完成时,它们将被固定在一层玻璃上来做成太阳能电池板。一般来说,房顶上的太阳能供电系统拥有10-50片太阳能电池板,而在乡村的太阳能发电厂中则安装了上百万的太阳能电池板。

每一个硅原子中都含有着尺寸极小,质量极轻的电子,这些电子带有微弱的电荷。当阳光落在太阳能电池板上时,它会击中其中的一个电子并使其脱离电子轨道。这些被击中的电子可以自由活动,但是电池的特殊构造使得电子只能在一个朝着太阳的方向上移动。

所以阳光落在太阳能电池上时,许多电子将会脱离它们的轨道变成自由电子,因为太阳能电池的特性,电子只能向上移动,从而产生可以驱动家用电器的电流。

如果落在太阳能电池上的阳光越强,更多的电子将会受到撞击脱离其轨道,产生的电流就越大。如果天气不晴朗,被撞击的电子数量将会减少,产生的电流将会减少百分之七十五甚至更多。在夜间时,太阳能电池板不会产生任何电能,这时候的供电完全依赖于电池或者其他电力来源。

大家该如何使用太阳能电池?

太阳能电池是最便宜的发电方式——甚至比一座新的火力发电厂或者核电站更便宜。这也是为什么全球太阳能电池的安装率是煤电的5倍,核电的20倍。

在澳大利亚,基本上新建成的发电站都是太阳能电站或者风力发电厂。使用太阳能和风能发电的电动汽车可以取代产生污染的汽油汽车。太阳能和风能发电同样可以被用于房屋的加热和制冷,取代传统的煤炭和天然气供暖方式。

使用太阳能和风能有助于减少对地球造成损害的温室气体排放,相较于其他能源,太阳能和风能的成本很低,并且会变得更低;如果大家使用更多的风能或太阳能,就能加速减少伤害地球的传统能源使用量(如煤炭,石油和天然气)。

除此之外,硅原子是世界储量第二大的原子(第一是氧原子)。实际上,大多数的沙子和石头是由硅和氧构成的,所以大家不可能因为制备太阳能电池用尽所有的硅。

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