Як працюють сонячні панелі: принцип дії та основні компоненти
Основні принципи
Сонячні панелі складаються з фотоелектричних осередків, запакованих у загальну рамку. Кожна з них зроблена з напівпровідникового матеріалу, наприклад кремнію, який найчастіше використовується в сонячних батареях.
Коли промені падають на напівпровідник, той нагрівається, частково поглинаючи їхню енергію. Приплив енергії вивільняє електрони усередині напівпровідника. До фотоелемента додається електричне поле, яке спрямовує вільні електрони, змушуючи їх рухатися у певному напрямку. Цей потік електронів утворює електричний струм.
Якщо додати металеві контакти до верху та донизу фотоелемента, можна направити отриманий струм по дротах та використовувати його для роботи різних пристроїв. Сила струму разом із напругою осередку визначають потужність електроенергії, що виробляється фотоелементом.
Влаштування сонячної батареї
Що ж станеться, якщо з'єднати напівпровідник n-типу з напівпровідником p-типу? У першому їх утворилося безліч вільних електронів, тоді як у другому – багато дірок. Електрони прагнуть якнайшвидше заповнити дірки, але якщо це станеться, обидва напівпровідники стануть електрично нейтральними.
Натомість при проникненні вільних електронів у напівпровідник p-типу, область на стику обох речовин заряджається, утворюючи бар'єр, перейти який не так просто. На межі p-n переходу з'являється електричне поле.
Енергії кожного фотона сонячного світла вистачає зазвичай на вивільнення одного електрона, а отже, і на утворення однієї зайвої дірки. Якщо це відбувається поблизу p-n переходу, електричне поле посилає вільний електрон на n-бік, а дірку – на p-бік.
Таким чином, рівновага порушується ще більше, і якщо додати до системи зовнішнє електричне поле, вільні електрони потечуть на p-бік, щоб заповнити дірки, створюючи електричний струм.
На жаль, кремній досить добре відбиває світло, а значить, значна частина фотонів пропадає в туні. Щоб зменшити втрати, фотоелементи покривають покриттям антивідблиску. Нарешті, щоб захистити сонячну батарею від дощу та вітру, її також прийнято покривати склом.
