Содержание.
Вступление.
Двойной принцип преобразования энергии.
Краткий анализ источников генерирования энергии. Промежуточные выводы. Анализ фотоэффекта. Эффект Зеебека. Вывод.
Вступление.
Когда какой-нибудь пытливый ум пытается найти ответ на вопрос о том, как работают солнечные панели, то находит такой вот классический ответ:
«Солнечная панель это набор ячеек фотоэлементов. Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Подразделяются на электровакуумные и полупроводниковые фотоэлементы.»
Классическое объяснение происходящего процесса в вотоэлементе.
Как обычно описывают процесс преобразования световой энергии солнца, точнее энергия фотонов, преобразуется в электрическую энергию?
Сначала происходит поглощение фотонов или квантов света. Когда световые фотоны попадают на поверхность фотоэлектрического материала, обычно это полупроводник, такой как кремний, они могут быть поглощены атомами этого материала. Поглощение света приводит к возбуждению электронов; энергия фотонов переносится на электроны в полупроводнике, что позволяет им преодолеть энергетический барьер и перейти в более высокий энергетический уровень. Это явление описывается концепцией энергетических уровней в кристаллической решетке полупроводника. Вроде на первый взгляд всё ясно и понятно, но вот верно ли это описание преобразования энергии фотона в электрическую энергию?
Двойной принцип преобразования энергии.
Т.к. технология получения электроэнергии от Солнца относится к источникам генерирования электроэнергии, то чтобы ответить на поставленный вопрос, проанализирую общие принципы генерирования энергии этих источников. Для этого воспользуюсь не классическими двигателями первого и второго рода, а таким неизвестным инструментом как «принцип двойного преобразования энергии в двух разных средах».
Краткий анализ источников генерирования энергии.
Закон сохранения энергии можно изложить своими словами в простой форме: "Энергия никогда не исчезает в никуда и не появляется вновь из ниоткуда, она может лишь преобразоваться из одного вида энергии в другой.» В древние времена греческие философы формулировали этот закон ещё короче: "ничего не создается, ничего не разрушается, все преобразуется» Итак: из указанного закона вытекает, что всё в нашем мире есть лишь ПРЕОБРАЗОВАНИЕ энергии.
Анализ общих принципов работы источников генерации энергии показывает, что в ЛЮБОЙ технологии получения энергии присутствует как минимум ДВА преобразования энергии и причём они всегда проходят в ДВУХ разных средах (пара сред). И нужный вид энергии всегда будет получаться в последнем преобразовании.
Например в гидроэнергетике кинетическая энергия ПОТОКА воды в первом цикле преобразования, происходящий жидкой среде, преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, а во втором цикле преобразовании механическая энергия вращения ротора преобразуется в электроэнергию путем создания ротором ЭДС в обмотках статора, И это преобразование происходит во второй среде ЭлектроМагнитных (ЭМ) волн.
В ветроэнергетике аналогично: кинетическая энергия ПОТОКА ветра (первая газообразная среда) в первом цикле преобразования преобразуется в механическую энергию вращения ротора ветрогенератора, а во втором цикле преобразовании энергии механическая энергия вращения ротора преобразуется в электроэнергию путем создания ротором ЭДС в обмотках статора. И опять здесь появляется среда ЭМ волн как вторая и последняя.
В этих двух видах энергетики используются имеющиеся ПОТОКИ, обладающие кинетической энергией. А если таких потоков нет, а электроэнергия нужна? В этом случае такие потоки, обладающие каким-либо видом энергии, создаются искусственно. Примером таких технологий являются ТЭЦ или АС. В тепловых электростанциях в первом цикле преобразования за счёт сжигания угля или газа создаётся ПОТОК пара, а затем всё происходит аналогично как на ГЭС. На АС вместо сжигания энергоносителя в первом цикле преобразования тепловой энергии, полученной в результате управляемой цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер, обычно урана или плутония. Полученная в результате этого тепловая энергия также используется для получения ПОТОКА пара, а далее всё аналогично.
Промежуточные выводы:
- преобразований, происходящих в разных средах, может быть больше двух.
-существует минимум преобразований для получения нужного вида энергии, равный двум.
- минимальное количество сред, в которых происходят минимальное количество преобразований, также равно двум и они всегда разные.
- нужный вид энергии напрямую получить нельзя, только в последнем цикле преобразования и только с предварительным использованием иного преобразования иного вида энергии.
Анализ фотоэффекта.
Преобразование энергии в фотоячейке солнечной батареи принято называть фотоэффектом. Считается, что фотоэффект– это вырывание электронов из вещества под действием электромагнитного излучения, которые образуют поток заряженных частиц. И первая очевидность в анализе определения фотоэффекта – указано только одно преобразование энергии – энергия фотонов сразу преобразуется в электроэнергию, что противоречит сделанному ранее анализу источников генерации электроэнергии. Т.к. получение электроэнергии происходит в последнем преобразовании в среде ЭМ волн, то будет логичен вопрос: где ещё одно преобразование иного вида энергии в иной среде?
Эффект Зеебека.
Вопрос не сложный, если вспомнить о существовании эффекта Зеебека. В 1821 г. Томас Иоганн Зеебек открыл то, что мы сегодня называем термоэлектричеством.
Явление, обнаруженное Зеебеком, заключается в появлении электрического тока при воздействии разности температур на соединение разнородных металлов. Достаточно взять два металла, нагреть их по-разному, и в этой системе возникнет ток. Вольтметр покажет тем большее напряжение, чем больше разница температур, а коэффициентом пропорциональности служит разница так называемых коэффициентов Зеебека для каждого из металлов. Данное явление нашло своё развитие в термоэнергетике. В солнечных панелях в первом цикле преобразования, происходящее в вакуумной среде, энергия фотонов (солнечного света) преобразуется в тепловую энергию, которая нагревает один контакт (спай) двух разнородных металлов или полупроводников. Во втором цикле преобразования, происходящее в среде ЭМ волн, полученная тепловая энергия преобразуется в поток носителей положительного (протон) и отрицательного (электрон) зарядов.
Будет логичен следующий вопрос: если в эффекте Зеебека энергия потока фотонов попадая на поверхность преобразуется в тепловую энергию, то почему тогда в фотоэффекте энергия потока фотонов попадая на поверхность не преобразуется в тепловую энергию, а сразу в электрическую? Неужели в фотоэффекте другие фотоны от Солнца прилетают в фотоэлементы? Читая некоторые статьи на тему процессов в солнечной батарее можно узнать о "новостях" физики. Например о появлении в фотоэффекте таких носителей положительного заряда как ДЫРКИ!!!! О существовании протонов эти авторы вероятно просто не знают.
Вывод.
С учётом вышесказанного фотоэффект можно пояснить иначе: в фотоячейках солнечных панелей в первом цикле преобразования энергия фотонов (солнечного света) преобразуется в тепловую энергию, и только после этого во втором цикле преобразования полученная тепловая энергия преобразуется в поток носителей положительного (протон) и отрицательного (электрон) зарядов.