Saulės įkroviklio-baterijos, įkraunančios mobiliųjų telefonų akumuliatorius, veikimo principas

 

Saulė siunčia šviesą ir karštį į Žemę jau milijardus metų. Tačiau tik pakankamai neseniai žmonės sugalvojo kaip šią energiją paimti ir paversti elektra. Pirmasis mėginimas buvo fotogalvaninis elementas, sukurtas Belo labaratorijos mokslininkų 1954 metais. Nuo to laiko saulės elementai, skirti transformuoti saulės šviesą į elektros energiją, evoliucionavo didžiuliais tempais – nuo itin brangių kosminių įrenginių iki labiau žemiškų baterijų įkroviklių. Puiku, bet kaip ši saulės energija paverčiama į elektrą?

Štai kaip viskas vyksta: elektros srovė sukuriama judant laisviesiems elektronams, kurie neša neigiamą krūvį. Paprastai elektronai yra išsidėstę orbitoje aplink atomo branduolį, kuris yra sudarytas iš protonų ir neutronų. Šios atominės dalelės yra medžiagos “statybiniai blokai”, todėl gali būti aptinkamos absoliučiai visur. Tam tikros medžiagos laiko savo elektronus stipriau nei kitos, tačiau gavus pakankamai energijos, ir šie elektronai gali būti išmušti iš savo orbitos.

Energijos dalelė, kuri atlieka puikų darbą atskirdama elektronus nuo atomo, yra fotonas. Tai subatominis energijos paketas, kuris sudaro šviesos pagrindą. Saulės šviesos fotonai savyje turi pakankamai energijos išjudinti elektronus iš jų orbitos silicio elemente. Silicis yra pagrindinė medžiaga beveik visuose saulės elementuose. Fotono savybė išlaisvinti elektronus yra vadinama fotoefektu.

Disbalansas tarp teigiamo ir neigiamo krūvio dalelių yra sukuriamas silicio viduje pridedant boro ir fosforo priemaišų. Šis disbalansas silicyje sukuria elektrinį lauką. Kada fotonai atakuoja medžiagą ir išlaisvina elektronus iš jų orbitų, elektrinis laukas stumia juos į saulės elemento, kuris sukuria neigiamą krūvį, priekį. Protonai, likę kitoje saulės elemento paviršiaus pusėje, sukuria teigiamą krūvį. Kuomet šios dvi pusės yra sujungtos naudojant talpyklą – netiesioginę grandinę, tokia kaip saulės įkroviklio baterijos – elektronai teka į šią talpyklą ir kaupia elektrą. Nors vienas saulės elementas pagamina tik 1-2W elektros energijos, tačiau keletas ar keliasdešimt elementų, sujungtų į vieną modulį, kartu gali sukurti elektros energijos, kurios pakaktų įkrauti nuo paprastų buitinių prietaisų iki automobilių ar namų apšildymo.

Cheminiu pagrindu veikiančios baterijos generuoja elektronų srautą per chemines reakcijas. Ličio jonų baterijos, kurios naudojamos mūsų mobiliuose telefonuose ar planšetėse, kuria energiją ličio jonams virstant anglies jonais. Abiejų tipų baterijose elektra kuriama esant srautui iš neigiamų į teigiamus elektrodus. Kai baterija yra įkraunama, jonai keliauja prie neigiamo elektrodo, o iškraunant elektronų srautas apsisuka savaime, t.y. ličio jonai juda nuo neigiamo elektrodo prie teigiamo.

Saulės baterijų įkrovikliai tiesiogiai neįkrauna mobiliųjų telefonų ličio jonų akumuliatoriaus jūsų prietaise. Jie dažniausiai turi savo įkraunamas baterijas – chemines arba ličio jonų – kurios yra įkraunamos per saulės modulius ir tik tuomet energija perduodama į jūsų įtaisus. Ir joks papildomas elektros šaltinis nėra reikalingas.