Что такое фотон и как он связан с возобновляемыми источниками энергии? Как производится свет? Что такое фундаментальная частица? Последние два вопроса особенно задавались выдающимися учеными на протяжении веков, но долгое время не находили правильного ответа. Сегодня состояние знаний о солнечном излучении находится на гораздо более высоком уровне, что также находит отражение в развитии технологий. Понимание, по крайней мере в элементарном объеме, того, что такое фотонная энергия, позволяет нам понять, как работает фотоэлектричество и почему мы относим его к возобновляемым источникам энергии.
Фотон - что это такое?
На вопрос, что такое фотон, простых, общепонятных ответов практически нет. Даже самые простые требуют минимальных знаний физики и базовых понятий. Но прежде чем мы объясним, что такое энергия фотона, каковы его свойства и что такое фотон для РЭС — давайте начнем с основ. Лучший вопрос для начала любого определения — это просто «что это такое?»
Термин фотон чаще всего определяют как элементарную частицу, относящуюся к группе бозонов и являющуюся «переносчиком электромагнитных взаимодействий».
Объяснение того, что такое фотон, дал Гилберт Ньютон Льюис – американский профессор, физик и химик, живший в 1875-1946 годах. Мы обязаны ему объяснением ковалентных связей или теории кислот и оснований. Определение фотона как «лучистого энергоносителя» восходит к 1926 году — исследователь сослался на более ранние работы и исследования Макса Планка и Альберта Эйнштейна. И хотя намерения и подсказки Льюиса шли несколько иными путями, именно предложенный им термин научное сообщество восприняло с энтузиазмом и начало использовать его для описания кванта света, т.е. наименьшего количества лучистой энергии.
Позже в статье мы обсудим свойства фотона и его связь с фотовольтаикой. Но мы еще не полностью объяснили, что такое фотон. Как это делается и откуда берется? Фотон формируется на Солнце — процесс, который занимает миллионы лет — когда элементы водорода и гелия сталкиваются в центральной звездной структуре Солнечной системы. Затем они выходят и направляются к Земле. А поскольку они переносят свет и энергию, они дают нам — человечеству — жизнь, создавая при этом новые, привлекательные энергетические возможности, о которых речь пойдет чуть позже.
Фотовольтаика для дома — это такая развитая, современная и полезная технология благодаря знанию того, что такое фотон, то есть мельчайшая частица света.
Фотон - характеристики
Свойства фотона помогают лучше понять, почему ученым потребовалось так много времени на исследования и открытия в этой области.
1. Вы не увидите фотон
Основное свойство фотона состоит в том, что он остается невидимым невооруженным глазом. Без специальной техники его невозможно увидеть в естественном виде.
2. Вы не можете почувствовать фотон
Хотя фотоны энергетически разные, вы их все равно не почувствуете. Вы не почувствуете. Вы не заметите. Мало того, что они невидимы невооруженным глазом, так еще и незаметны из-за отсутствия обоняния или вкуса. Вы их не услышите — они просто неуловимы для человеческого восприятия.
3. Вы не можете догнать фотон
Еще одна особенность фотона заключается в том, что он движется со скоростью света. С такой скоростью движутся только фотоны, другие частицы движутся медленнее скорости света. Иногда это значение может быть близко к скорости света, но не может быть достигнуто.
4. Вы не можете поймать фотон
Нет никаких препятствий для того, чтобы фотон остановился и уничтожил его в своем путешествии по вселенной. Такой силой обладают только черные дыры.
После анализа энергетического содержания фотонов излучение определяется по-другому, т.е. как:
- радио,
- микроволны,
- инфракрасный,
- видимый свет,
- надфиолет,
- рентгеновские лучи (Х),
- гамма.
Вы уже знаете самые важные свойства фотона. Как фотогальваника использует эти знания?
Фотон в фотовольтаике
Самостоятельное получение энергии от солнца в составе гелиоустановки возможно благодаря использованию фотоэлектрического эффекта. Это явление впервые наблюдал Александр Э. Беккерель в 1839 году. Конечно, потребовались десятилетия последующих исследований - в т.ч. таких блестящих умов, как Альберт Эйнштейн, — открыть достаточно полезных знаний, повлиявших на динамичное развитие фотовольтаики.
Первые солнечные панели были созданы несколько десятилетий назад, и хотя тогда их эффективность была намного ниже, чем сегодня, уже было ясно, что их работа зависит от присутствия в солнечном излучении таких мелких частиц, как фотоны. Проще говоря, фотогальванический эффект заключается в том, что поток солнечных лучей попадает на поверхность полупроводников, и фотоны возбуждают электроны, перенимающие их энергию. Самым популярным полупроводником на рынке долгое время был кремний, именно поэтому из него изготавливают многие солнечные панели.
Мы остановились на этапе поглощения энергии фотонов электронами. Чтобы это стало возможным, в атоме полупроводника создается электронная дырка, и электроны движутся в противоположном ей направлении, а затем создается электрический ток. Напомним, что солнечные панели подходят для производства постоянного тока. Инвертор используется для преобразования его в переменный ток с характеристиками сети, соответствующими стандартному зданию и сети. Сборка этого устройства необходима для возможности использования самостоятельно вырабатываемой электроэнергии.
Каково значение фотона для фотовольтаики? Можно смело сказать, что основное - поток солнечного света необходим для того, чтобы в ячейках фотоэлектрических панелей происходило физическое явление, позволяющее производить энергию.
Эффективность этого процесса, с одной стороны, зависит от условий солнечного света и экспозиции панели на солнце, а с другой стороны, от качества самого модуля. Вот почему так важно правильно подобрать приборы и продуманно их собрать в нужном месте, под нужным углом.
Образно говоря, «нужно создать правильные условия для работы фотонов». Фотогальваника может понадобиться, например, из-за физического разрушения полупроводниковой структуры в панели, а не потому, что фотоны закончатся. Пока над нашими головами светит солнце, мы можем производить бесплатную и экологически чистую электроэнергию. А без фотонов и солнца наш мир должен был бы прекратить свое существование, по крайней мере, таким, каким мы его знаем.
Резюме
Благодаря знанию того, что такое фотон и каковы его свойства, особенно в области производства зеленой энергии, сегодня мы можем предложить такие решения, как фотогальваника для компаний или фотогальваника для фермера. Надеемся, что доступный язык статьи облегчил вам понимание взаимосвязи фотона и РЭС.
Помните, что вы всегда можете рассчитывать на консультантов и экспертов Enargy Comfort. Наши специалисты с радостью поделятся знаниями, накопленными за годы работы . Мы также поможем вам подать заявку на получение субсидии на фотоэлектричество по госпрограмме.