Panele słoneczne, znane również jako „chipy słoneczne” lub „fotokomórki” i „ogniwa słoneczne”, to fotoelektryczne arkusze półprzewodnikowe, które wykorzystują światło słoneczne do bezpośredniego generowania energii elektrycznej. Urządzenie, które bezpośrednio zamienia energię światła słonecznego na energię elektryczną poprzez efekt fotoelektryczny lub efekt fotochemiczny. W fizyce nazywa się to fotowoltaiką (fotowoltaika, w skrócie PV) lub w skrócie fotowoltaika. Pojedyncze ogniwa słoneczne nie mogą być używane bezpośrednio jako źródła zasilania. Aby wykorzystać jako źródło zasilania, kilka pojedynczych ogniw słonecznych musi być połączonych szeregowo i równolegle oraz szczelnie zamkniętych w komponentach. Jego zasada działania polega po prostu na tym, że panele słoneczne pochłaniają energię słoneczną w ciągu dnia i przekształcają ją w energię elektryczną i przechowują w akumulatorze, a akumulator zasila oświetlenie uliczne energii słonecznej w nocy. Dlaczego więc panele słoneczne wytwarzają energię elektryczną w słonecznych warunkach?
Panele słoneczne zazwyczaj wykorzystują urządzenia, które reagują na światło i mogą przekształcać energię światła słonecznego w energię elektryczną. Najpopularniejszym materiałem jest krzem, który jest jednym z najpowszechniej występujących materiałów na ziemi. Ma właściwości półprzewodnikowe, co stanowi podstawę procesu konwersji fotoelektrycznej paneli słonecznych.
Ale pierwszą rzeczą, którą należy zrozumieć, jest to, że przewodność czystego krzemu jest bardzo słaba i nie ma elektronów, które mogłyby swobodnie poruszać się w strukturze kryształu. Aby zwiększyć jego przewodność, czysty krzem jest zwykle domieszkowany śladowymi zanieczyszczeniami w celu zwiększenia jego przewodności. Zgodnie z tą cechą można wykonać różne urządzenia przewodzące.
Do krzemu używanego do produkcji paneli słonecznych z oświetlenia ulicznego wykorzystującego energię słoneczną zwykle dodaje się fosfor lub bor. Po dodaniu boru kryształ krzemu utworzy dziurę. Ponieważ pierwotny atom krzemu jest otoczony 4 elektronami, a atom boru tylko 3 elektronami, dziury będą również generowane, gdy zostanie domieszkowany do oryginalnej struktury kryształu. Bez elektronów ta dziura jest bardzo niestabilna i łatwo absorbuje inne elektrony, tworząc półprzewodnik typu P.
Gdy zanieczyszczenia fosforowe zostaną domieszkowane do kryształów krzemu, ponieważ wokół atomów fosforu znajduje się 5 elektronów, dodatkowy elektron będzie bardzo aktywny, tworząc półprzewodnik typu N. W półprzewodnikach typu P jest wiele dziur, aw półprzewodnikach typu N jest wiele aktywnych wolnych elektronów. Kiedy te dwa kontakty, te wolne elektrony znajdą dziury i wypełnią je. Powierzchnia styku między nimi utworzy różnicę potencjałów, czyli złącze PN. Strona typu P jest naładowana dodatnio i ujemnie, a strona typu N jest naładowana dodatnio.
Kiedy światło zostanie odebrane, energia zawarta w świetle zostanie przekazana do półprzewodnika. Ta energia rozluźni strukturę elektronów i będzie się swobodnie poruszać. Dzieje się tak, ponieważ energia słoneczna rozbija elektrony i dziury. W normalnych warunkach foton o określonej energii uwolni elektron, który akurat tworzy wolną dziurę. Jeśli dzieje się to tuż przy powierzchni styku i przyciągane przez wbudowane pole elektryczne, elektrony wpłyną do strefy n, a dziury wpłyną do strefy P, tworząc prąd ze strefy typu N do strefy P- wpisz strefę. Powstaje elektrownia baterii. Energia elektryczna jest tworzona przez napięcie, które służy do ładowania.
Należy jednak zauważyć, że półprzewodniki nie są dobrymi przewodnikami elektryczności, a elektrony przepływają przez złącze PN, a następnie płyną w półprzewodniku, co spowoduje duże straty. Dlatego górna warstwa jest zwykle pokryta metalem. Jeśli jednak zostanie w pełni pomalowany, spowoduje to, że światło słoneczne nie przejdzie. W normalnych warunkach do przykrycia złącza PN używana jest metalowa siatka. Inną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że powierzchnia krzemu jest silnie odbijająca. Jeśli nie zostanie poddany obróbce, odbije się duża ilość światła słonecznego. Aby rozwiązać ten problem, producent oświetlenia ulicznego wykorzystującego energię słoneczną zwykle dodaje warstwę folii ochronnej o niskim współczynniku odbicia na panelu słonecznym. Strata spowodowana odbiciem będzie kontrolowana w granicach 5 procent.
