太阳能电池充电器是如何工作的

太阳向地球发射光和热已经有几十亿年了。然而，直到最近，我们人类才发现如何捕获和利用这些能量中的一部分作为电。第一种方法是光伏电池贝尔实验室的研究人员于1954年创造的[来源:美国能源部］.从那时起，太阳能电池从将太阳光转化为可用于大型、昂贵的太空设备的电能，发展到更接地气的设备，如电池充电器。这很好，但是太阳能是如何转化为电能的呢?

它是这样发生的:带负电荷的自由电子的运动产生了电流。通常，电子在围绕原子核的轨道上纠缠，原子核由质子和中子组成。这些原子粒子是物质的基石，在任何事物中都能找到。有些物质对电子的吸附比其他物质更紧，但只要有足够的能量，电子就能从轨道上挣脱出来。

一种能很好地将电子从原子中击落的能量粒子是原子光子．这是构成光的基础的亚原子能量包。来自阳光的光子携带足够的能量，使电子从硅元素的轨道中撞击出来，硅元素是大多数太阳能电池使用的材料。光子解缠电子的能力被称为光电效应【来源:ASU］.

正电荷和负电荷粒子之间的不平衡是通过添加杂质硼和磷在硅中产生的。这种不平衡在硅中产生电场。当光子撞击材料并使电子脱离轨道时，该电场将它们推向太阳的前部细胞表面留下的质子产生正电荷[来源：GE]。当这两个侧面通过外部负载（一种类似于太阳能电池充电器端子的间接电路）连接时，电子流入负载并产生电能。由于单个太阳能电池只能产生一到两瓦的电能，因此多个电池组合成模块，共同工作以产生足够的电量为电池充电[来源：美国能源部］.

化学电池通过化学反应产生电子流。像手机和iPod中的锂离子电池一样，锂离子电池通过从锂离子到碳离子的交换产生能量。在这两种类型的电池中，电流都是通过从负极到正极的流动产生的。当电池充电时，电流trons会自动反转，从而补充电池的电势。

太阳能电池充电器不会直接为你的小工具中的锂离子电池充电。它们通常会保留自己的可充电电池——化学电池或锂离子电池——通过太阳能模块充电，并将其电荷重新分配给你的小工具。无需外部电源。

让我们在下一页探索太阳能电池充电器的许多好处。

很容易确定太阳能电池充电器提供的最重要的好处:它们不需要外部电源来充电。这意味着太阳能电池充电器提供了移动的自由。白天，你几乎可以在地球上的任何地方找到太阳。所以，如果你发现自己在森林里迷路了，手机没电了，你只需要阳光就能让它重新运转起来。

这种典型电源的缺乏也带来了一些微妙的好处。太阳能电池不会产生排放物、废物或副产品;那些没有被使用的光子只是穿过硅或者像其他材料一样从硅上反射回来。记住，这种电是由能量从光子转移到电子产生的，这释放了电子，让它流动。电本身不是能量的一种形式，而是能量的载体。通过光电效应产生它是产生电荷的一种良性方式。

然而，从环境的角度来看，世界各地产生的电力通常不那么良性。例如，2008年，美国近一半的发电来自燃煤[来源：环境影响评价］.虽然煤炭是一种廉价且简单的发电方式，但它也是一种主要的污染物来源。美国环境保护署(EPA)估计，美国空气中59%的二氧化硫和50%的颗粒物污染物都是由燃煤发电厂产生的。此外，燃煤电厂也严重造成汞污染[来源:美国环保署］.

行动自由和环境友好是拥有太阳能电池充电器的两个最大原因。然而，太阳能充电也有一些缺点。其中最主要的缺点是每天大约有一半的时间（在地球极地以外），太阳无处可寻。由于没有从太空中射出的光子，任何太阳能发电设备在夜间都几乎毫无用处。恶劣的天气和浓密的云层也会对太阳能电池的运行状况产生很大影响。即使在明亮的阳光下，目前生产的大多数太阳能电池的效率也只有10%左右，这使得它们运行缓慢而不是插入墙上插座的充电器[来源：美国能源部］.

不过，如果你发现自己被困在森林里，你可能会得出结论，太阳能电池充电器确实是一项伟大的发明。

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