მზის უჯრედის მსგავსება და ფოტოსინთეზი

მზის უჯრედებიც და მცენარეებიც ენერგიას იღებენ მზის სხივებისგან. Photovoltaic მზის უჯრედები აგროვებენ მზის სინათლეს და აქცევს მას ელექტროენერგიად. მცენარის ფოთლები აგროვებს მზის შუქს და გარდაქმნის მას შენახულ ქიმიურ ენერგიად. მზის ელემენტებიც და მცენარეებიც ერთსა და იმავე საქმეს ასრულებენ, მაგრამ ისინი ამას სხვადასხვა გზით ასრულებენ. ამ ორ მიდგომას შორის მსგავსებაა. მზის ელემენტის ერთი ტიპი შექმნილია ისე, რომ მაქსიმალურად ჰგავს ფოტოსინთეზს.

ენერგია მზის შუქზე მოდის პატარა ამანათებად, რომლებსაც ფოტონები ეწოდება. თითოეულ ფოტონს მცირე ენერგია აქვს. ლურჯი ფოტონის ენერგია უფრო მაღალია, ვიდრე წითელი ფოტონის ენერგია. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან მზის უჯრედებსაც და მცენარეებსაც მხოლოდ მზის შუქის ათვისება შეუძლიათ, თუ ენერგია სწორია. როდესაც მასალა შთანთქავს მზის სხივებს, სინათლეზე არსებული ფოტონები გადასცემენ თავიანთ ენერგიას მასალაში არსებულ ელექტრონებს. ელექტრონებს ენერგიის ათვისება მხოლოდ ვიწრო დიაპაზონში შეუძლიათ, ამიტომ მოცემულ ელექტრონს მხოლოდ შუქის სპექტრში შეეძლება ენერგიის მიღება კონკრეტული ფერის ფოტონებიდან.

ფოტონამუშევრები და ფოტოინთეზური მცენარეები იქმნება ფოტონის შთანთქმისთვის. ფოტოსინთეზში ევოლუციამ წარმოქმნა ქლოროფილი, მოლეკულა, რომელიც აღიქვამს მზის ყველაზე ნათელ შუქს. ფოტოვოლტაიკისთვის ინჟინრებმა შექმნეს კრისტალები, სადაც ელექტრონებს შეუძლიათ გამოიყენონ ენერგიის მხოლოდ მზის შუქის ფოტონები. ორივე შემთხვევაში, ფოტონები შეიწოვება ელექტრონებით, რომლებიც იღებენ დამატებით ენერგიას. დამატებითი ენერგიის მქონე ელექტრონს უწოდებენ აღგზნებულ ელექტრონს, ან ელექტრონს აღგზნებულ მდგომარეობაში.

როგორც მცენარეულმა, ასევე მზის უჯრედებმა სწრაფად უნდა გაუმკლავდნენ აღგზნებულ ელექტრონებს, სანამ ისინი ენერგიას დაკარგავენ და დაბრუნდებიან იქ, სადაც იყვნენ, სანამ მათ თავიანთი ფოტონები არ მიიღეს. ფოტოსინთეზის დროს პრობლემა მოგვარდება ელექტრონის ერთი მოლეკლიდან მეორეში გადაადგილებით, სანამ ის მოლეკულაში არ ჩადგება, რომელსაც ენერგიის შენახვა დიდი ხნის განმავლობაში შეუძლია. ფოტოვოლტაიკებში აღგზნებული ელექტრონები წრიულად წრიან წრეში, სადაც ისინი ან დაუყოვნებლივ აწარმოებენ რაიმეს ან ინახება ბატარეაში შესანახად.

აქ არის არასტანდარტული ტიპის ფოტოელექტრონული უჯრედი, რომელიც ცდილობს ფოტოსინთეზის მუშაობის ასლის კოპირებას. იმის ნაცვლად, რომ რაც შეიძლება სწრაფად გადაადგილდეს ელექტრონი იდენტური ატომების ბროლის საშუალებით, საღებავით მგრძნობიარე მზის უჯრედი შთანთქავს ენერგიას საღებავის მოლეკულაში, შემდეგ აღძრავს აღგზნებულ ელექტრონს საღებავის მიმდებარე სხვა მასალაში მოლეკულა. ეს ხელს უშლის ელექტრონს ენერგიის უსარგებლოდ დაკარგვისგან. წრედთან მიერთებისას, ელექტრონი მეორე მასალის საშუალებით იკავებს ენერგიის დაკარგვის დიდი საფრთხის გარეშე.