Vấn đề lớn nhất với đèn năng lượng mặt trời là chúng không thể có được sức mạnh vào những ngày mưa và không thể duy trì hoạt động bình thường. Vì vậy, nhiều khách hàng thường hỏi chúng tôi: Bóng đèn LED trong nhà có thể được sạc bằng đèn năng lượng mặt trời không? Có lẽ tất cả chúng ta đều mong đợi câu trả lời cho câu hỏi này là "có", nhưng thật không may, câu trả lời là "hầu như không", tiếp theo hãy khám phá những lý do.
Bảng điều khiển năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?
Mặt trời phát ra năng lượng dưới dạng sóng khác nhau về chiều dài, từ sóng tia cực tím ngắn đến sóng hồng ngoại dài và khi ánh sáng mặt trời chiếu sáng, những con sóng này di chuyển lên trái đất và chạm vào bề mặt của các tấm pin mặt trời.
Trong thực tế, pin mặt trời bao gồm ba lớp. Lớp trên cùng là silicon và một lượng rất nhỏ các yếu tố có nhiều electron hơn silicon, chẳng hạn như phốt pho. Điều này cho phép các electron dư thừa trong lớp trên cùng di chuyển tự do, làm cho vật liệu trở nên dẫn điện hơn. Do đó, lớp trên cùng còn được gọi là điện cực âm hoặc lớp N; Lớp dưới cùng chứa silicon và các phần tử có ít electron hơn silicon, chẳng hạn như boron, làm giảm số lượng electron di động ở lớp dưới cùng, do đó làm giảm độ dẫn của vật liệu thành các electron. Một electron bị thiếu có thể được mô tả là một điện tích dương hiệu quả, vì vậy lớp dưới cùng còn được gọi là điện cực dương hoặc lớp P.
Khi ánh sáng chiếu xạ bề mặt của tấm pin mặt trời silicon, các sóng ánh sáng hấp thụ làm hất các electron ở lớp giữa ra khỏi các nguyên tử silicon, khiến các electron lỏng lẻo và để lại một khu vực tích điện dương trong khu vực ban đầu của các electron, và sau đó các electron lỏng lẻo di chuyển về phía trên N, lớp này dễ dàng chấp nhận; Đồng thời, các điện tích dương lỏng lẻo di chuyển về phía dưới, đạt đến lớp P dưới cùng. Lớp này chấp nhận nhiều hơn về các khoản phí tích cực. Điều này sẽ tiếp tục miễn là có ánh sáng mặt trời.
Tại thời điểm này, nếu một dây được kết nối giữa trên cùng và dưới cùng, một kênh được hình thành cho các electron để di chuyển từ lớp N sang lớp P, thì dòng điện được hình thành.
Các tấm pin mặt trời sử dụng bước sóng nào?
Chúng tôi vừa đề cập rằng chỉ có sóng ánh sáng hấp thụ có thể hạ gục các electron ở lớp giữa. Vì vậy, những bước sóng của ánh sáng có thể được hấp thụ bởi các tấm pin mặt trời?
Trong thực tế, phổ mặt trời được chia thành ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng vô hình. Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy là 400 ~ 760nm. Ánh sáng vô hình được chia thành hai loại: một loại nằm bên ngoài ánh sáng đỏ được gọi là hồng ngoại, với bước sóng lớn hơn 760nm, lên tới 5300nm; Một cái nằm bên ngoài ánh sáng màu tím được gọi là tia cực tím, với bước sóng 290 ~ 400nm.
Sau khi các thử nghiệm lặp đi lặp lại của các nhà khoa học, chỉ có ánh sáng với bước sóng 350-1140 nm được hấp thụ bởi lớp giữa của pin mặt trời. Phạm vi bước sóng này bao gồm toàn bộ phổ có thể nhìn thấy, một lượng nhỏ tia cực tím và một lượng nhỏ tia hồng ngoại. Do đó, ánh sáng cực tím còn lại có bước sóng rất ngắn và chỉ có thể ở trên bề mặt. Ánh sáng hồng ngoại còn lại có bước sóng rất dài và sẽ truyền trực tiếp qua pin mặt trời và không thể được hấp thụ.
Sự khác biệt giữa ánh sáng nhân tạo và ánh sáng mặt trời là gì?
Phổ mặt trời là một phổ liên tục phát ra từ mặt trời. Nó chứa ánh sáng của các bước sóng khác nhau từ tia cực tím đến hồng ngoại, và phổ liên tục mà không bị gián đoạn hoặc thiếu.
Ngược lại, phổ của các nguồn ánh sáng nhân tạo thay đổi do các nguyên tắc phát quang khác nhau. Ví dụ, phổ của nguồn sáng tuyến tính như đèn thủy ngân tương đối đơn và chủ yếu bao gồm ánh sáng của một bước sóng cụ thể, thường là màu tím. Nguồn sáng LED tạo ra ánh sáng trắng bằng cách trộn màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương hoặc sử dụng phốt pho. Phổ của các nguồn sáng LED như vậy thường không liên tục, nhưng tập trung ở một số phạm vi bước sóng nhất định.
Ngoài ra, về mặt hiển thị màu, ánh sáng mặt trời chứa toàn bộ phổ ánh sáng nhìn thấy, do đó nó có thể thể hiện chính xác màu sắc ban đầu của vật liệu. Một số nguồn ánh sáng nhân tạo có thể không thể khôi phục hoàn toàn một số màu sắc nhất định, khiến các vật thể xuất hiện khác nhau về màu sắc dưới các nguồn ánh sáng này so với dưới ánh sáng mặt trời.
Tại sao các photon ánh sáng di chuyển các electron bên trong các tấm pin mặt trời?
Ánh sáng cho phép các electron trong các tấm pin mặt trời di chuyển vì hiệu ứng quang điện giữa ánh sáng và electron. Hiệu ứng quang điện là một quá trình vật lý. Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, các electron trên bề mặt của bảng điều khiển năng lượng mặt trời tạo ra các điện tích bằng cách hấp thụ năng lượng photon.
Như chúng tôi vừa đề cập, bề mặt của bảng điều khiển năng lượng mặt trời được làm bằng các vật liệu bán dẫn như silicon. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào bảng điều khiển năng lượng mặt trời, các photon tương tác với các nguyên tử hoặc phân tử trên bề mặt vật liệu bán dẫn và năng lượng của các photon được chuyển đến các electron trong vật liệu bán dẫn làm cho mức năng lượng của các electron tăng lên. Khi năng lượng của các electron này đạt đến một mức độ nhất định, chúng có thể phân tách khỏi chất rắn để tạo thành các electron tự do và các ion dương. Các electron miễn phí này có thể di chuyển tự do trong mạch của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, tạo ra một dòng điện.
Vì vậy, các photon của các electron ánh sáng nhân tạo có thể di chuyển các electron trong chất bán dẫn? Câu trả lời là có, nhưng vì có một sự khác biệt đáng kể giữa các photon trong ánh sáng nhân tạo và các photon trong ánh sáng tự nhiên, nên hiệu quả của việc sạc các tấm pin mặt trời thông qua ánh sáng nhân tạo sẽ rất kém.
Sự khác biệt trong các photon trong ánh sáng mặt trời và ánh sáng nhân tạo là gì?
Ánh sáng mặt trời là một nguồn ánh sáng tự nhiên với sức mạnh bức xạ cực cao. Số lượng photon nó phát ra mỗi giây là cực kỳ lớn, vì vậy năng lượng bức xạ mỗi giây cũng rất lớn. Ngoài ra, phổ mặt trời chứa nhiều loại ánh sáng từ tia cực tím đến hồng ngoại. Bước sóng của ánh sáng làm cho sự phân bố năng lượng photon tương đối rộng.
Ngược lại, sức mạnh rạng rỡ của các nguồn ánh sáng nhân tạo thường thấp hơn nhiều vì phổ của các nguồn ánh sáng nhân tạo chủ yếu tập trung ở một số phạm vi bước sóng. Điều này có nghĩa là số lượng photon phát ra từ các nguồn ánh sáng nhân tạo không chỉ nhỏ hơn, mà còn được phân phối hẹp hơn trong một phạm vi bước sóng cụ thể.
Vì vậy, nhìn chung, có nhiều photon trong ánh sáng mặt trời hơn là trong các nguồn ánh sáng nhân tạo. Điều này giải thích tại sao các tấm pin mặt trời sạc hiệu quả hơn ngoài trời dưới ánh sáng mặt trời đầy đủ, vì ánh sáng mặt trời cung cấp nhiều photon hơn để kích hoạt các electron trong các tế bào quang điện.
Phần kết luận
Đã nói điều này, chúng tôi tin rằng tất cả mọi người đã rõ ràng. Dựa trên nguyên tắc làm việc của các tấm pin mặt trời, những gì cần thiết là đủ và các photon được phân phối rộng rãi trong phổ mặt trời để tối đa hóa sự hình thành dòng điện thông qua hiệu ứng quang điện. Tuy nhiên, các nguồn ánh sáng nhân tạo hiện tại không thể đáp ứng các yêu cầu của điều kiện ánh sáng mặt trời, do đó, rất khó sử dụng các nguồn ánh sáng nhân tạo để sạc các tấm pin mặt trời.
