Jste v pasti. Cesta v lese se změnila v past. Vaše auto sotva jede na poslední doušek paliva, baterie vašeho telefonu je vybitá a vy jste o svých plánech nikomu neřekli. Tiché praskání upozornění z vašeho telefonu zní spíše jako odpočítávání než jako technické upozornění.
Zde se stromy rozcházejí. Před námi se táhne sluncem zalitá mýtina. Zaparkujete, vystoupíte z auta a podíváte se nahoru. Jasná obloha. Žádný mrak. Sáhnete do přihrádky, vytáhnete solární nabíječku a zapojíte ji do telefonu. Otočte panel směrem ke slunci. Podpěra je na pařezu. Ty čekáš. Máte čas číst. Pomoc je na cestě, jejím zdrojem je slunce.
Před rokem 2010 mohla tato situace skončit špatně. Zůstali byste bez komunikace a bez možnosti nabíjet své zařízení. Dnes tomu tak není. Společnosti zaplavují trh zařízeními, která využívají solární energii k nabíjení všeho od chytrých telefonů po AA baterie.
Pojďme zjistit, jak přesně tato zařízení fungují.
Зміст
Fyzika: od světla k elektřině
Solární nabíječky nevyrábějí energii. Oni to transformují. Hlavní součástí je fotovoltaický článek. Obvykle se skládají z křemíku potaženého vrstvami materiálů s kladným a záporným nábojem. Když sluneční světlo dopadne na buňku, fotony vyrazí elektrony. Tím vzniká elektrický proud.
Není to magie. To je fyzika.
Důležitá je efektivita. Levné panely mají nízký konverzní faktor. Ztrácejí většinu slunečního záření, které je dopadá. Kvalitnější panely využívají vícevrstvé články nebo prémiový křemík k zachycení více energie. To je důvod, proč některé nabíječky fungují pouze na přímém slunci, ale ne ve stínu. Důležitou roli hraje také úhel dopadu slunečních paprsků. Pro maximální výkon je nutné přímé vystavení světlu.
Akumulace: chybějící článek
Sluneční světlo není stálé. Počasí se mění. Déšť. Mraky plují. Podomácku vyrobená solární nabíječka je k ničemu, pokud neumí ukládat energii. Proto je většina moderních zařízení vybavena vestavěnou baterií.
Solární panel dobíjí vnitřní baterii po celý den. Uloženou energii můžete využít k nabíjení telefonu v noci nebo ve tmě. Toto oddělení procesů je klíčové. Umožňuje sbírat energii, když je jí hodně, a využívat ji, když je potřeba.
Některá špičková zařízení mají vysokokapacitní baterie, které dokážou telefon nabít několikrát. Nechybí ani tenké pružné proužky, které lze připevnit přímo na váš notebook nebo tašku. I když se vnější rozměry mění, princip zůstává stejný: zachytit světlo. Akumulovat energii. Vraťte to později.
Proč je to důležité pro běžné uživatele?
Většina lidí považuje solární nabíječky za specializované vybavení pro turisty. Toto je zastaralý názor. Ve skutečnosti jsou pro každodenní použití ještě lepší.
Vezměte si například motoristy-dojíždějící. Nechte své auto na slunci celý den. Powerbanku můžete udržet plně nabitou připojením malé podložky k palubní desce nebo tašce. Zapojte telefon na cestě domů. Není potřeba žádná zásuvka.
Nebo cestující. Vaše město má drahé a nespolehlivé obchody. Se solární nabíječkou můžete zůstat ve spojení, aniž byste museli hledat kavárnu. Jde o nezávislost. O úroveň nabití baterie se nemusíte starat, i když jste daleko od domova.
Technologie dozrála. Panely se staly lehčími. Baterie jsou výkonnější. Ceny klesly. To už není jen nástroj pro survivalisty. Ideální pro ty, kteří oceňují svobodu od omezení.
Slunce svítí na Zemi miliardy let. Lidé se teprve nedávno naučili přeměňovat neutuchající teplo a světlo na skutečnou elektřinu. Vše začalo v roce 1954 solárním článkem vytvořeným v Bell Laboratories. Zpočátku byly určeny k napájení satelitů na oběžné dráze; byly drahé a objemné. A teď? Jsou dostatečně malé, aby se vešly do batohu. Jak ale získáme energii ze světla?
Všechno je to o elektronech.
Elektřina je jednoduše pohyb elektronů. Obvykle jsou omezeny na oběžnou dráhu kolem jádra atomu. Atomové jádro je tvořeno protony a neutrony, které jsou základními stavebními kameny všeho, čeho se můžeme dotknout. Některé látky drží elektrony pevně. Pokud jim dáte dostatečnou hybnost, ostatní látky je uvolní.
Na scénu vstupují fotony.
Fotony jsou kousky světelné energie. Když sluneční světlo dopadne na solární článek, tyto fotony narazí na atomy křemíku. Křemík je hlavním materiálem pro většinu panelů. Náraz oslabuje vazbu mezi elektrony. Tento jev se nazývá fotoelektrický jev.
Volné elektrony ale moc užitku nenadělají, pokud nebudou mít kam jít. Volné elektrony samy o sobě jsou málo užitečné. Zde přichází na pomoc doping.
Výrobci přidávají do křemíku nečistoty jako bor a fosfor. To vytváří nerovnováhu. Kladný a záporný náboj se oddělí a vytvoří se vnitřní elektrické pole. Když fotony dopadnou na buňku, elektrické pole tlačí uvolněné elektrony směrem k přední části buňky. Zadní strana je kladně nabitá.
Připojte externí obvod a máte to. Elektrony proudí.
Procházejí konektory zařízení a napájejí jej. Jeden prvek produkuje pouze 1–2 watty. To na nic vážného nestačí. Proto je mnoho prvků kombinováno do modulů. Tyto moduly generují dostatek energie k nabití baterie.
Skladování chemikálií
Solární panely se obvykle nepřipojují přímo k lithium-iontovým bateriím vašeho telefonu. Bylo by to nepohodlné. Kolísání napětí, přehřívání a snížení vysílacího výkonu. ne
Většina solárních nabíječek má vlastní vestavěnou baterii.
Shromažďuje energii prostřednictvím solárních modulů a ukládá ji do sekundární baterie (obvykle lithium-iontové nebo jiného chemického typu). Poté tuto nahromaděnou energii uvolní do vašeho gadgetu. Toto je vyrovnávací systém. Nabijete nabíječku a nabíječka nabije váš telefon. Není nutné žádné elektrické připojení.
Když nabijete lithium-iontovou baterii, ionty se přesunou z lithia na uhlík. Otočením tohoto toku se obnoví potenciál baterie. Solární nabíječky dělají to samé, ale zdrojem je slunce.
Tato konfigurace má zjevné výhody pro lidi, kteří jsou mimo síť nebo pro ty, kteří jsou unaveni hledáním odbytišť.
Výhody solárního nabíjení baterie
Proč je solární energie důležitá
Nezávislost a čistota solárního nabíjení
Hlavní výhodou je jednoduchost. Pro nabíjení není potřeba žádná zásuvka. To poskytuje skutečnou mobilitu. Přes den se sluneční světlo vyskytuje téměř všude. Když se vám vybije baterie telefonu a vy uvíznete uprostřed ničeho, slunce se stane vaším zdrojem energie.
Existují i jemnější výhody. Solární články neprodukují žádné emise.
Žádný odpad ani vedlejší produkty.
Fotony, které nejsou absorbovány, buď procházejí křemíkem, nebo se od něj odrážejí.
Tento proces je založen na fotoelektrickém jevu. Energie se přenáší z fotonů na elektrony.
Díky tomu se elektrony mohou volně pohybovat. Elektřina sama o sobě není zdrojem energie. Je nositelem energie. Při vytváření tímto způsobem není žádný problém.
Proč není síťové napájení vždy „čisté“
Elektřina, kterou získáváme ze sítě, často není čistá. Vezměme si jako příklad USA v roce 2008. Téměř polovina elektřiny se vyrábí spalováním uhlí. Uhlí je levné. Je to snadné. Znečištění životního prostředí je však vážný problém.
Americká agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) odhaduje, že 59 % oxidu siřičitého ve vzduchu je produkováno uhelnými elektrárnami. Produkují také 50 % znečištění suspendovanými částicemi. Velkým problémem je také znečištění rtutí. Solární nabíjení se všem těmto problémům vyhne.
Kompromisy fotovoltaické technologie
Svoboda a čistota jsou hlavní přednosti. Existují však i nevýhody. Zhruba polovinu dne nesvítí slunce. Totéž platí mimo polární oblasti. V noci jsou solární zařízení k ničemu.
Důležitou roli hraje i počasí. Hustá oblačnost snižuje účinnost. I při jasném slunečním světle má většina komerčně dostupných solárních článků pouze asi 10% účinnost. To je důvod, proč se nabíjejí pomaleji než standardní nástěnná nabíječka. Plné nabití trvá déle.
Stojí to za to?
Navzdory pomalé rychlosti jsou výhody zřejmé. Solární nabíječka může být velmi užitečná, pokud uvíznete v lese. Funguje i v případech, kdy jiné metody nefungují.
Více o gadgetech a souvisejících technologiích se můžete dozvědět v následujících částech.
