Solarni panel ne pretvara Sunčevu svetlost u električnu energiju tako što je jednostavno zagreva. Njegov rad zasniva se na fotonaponskom efektu, procesu u kojem određeni poluprovodnički materijali pretvaraju energiju svetlosti u električni napon i struju. Osnovni elementi koji obavljaju taj posao jesu solarne ćelije.
Kada Sunčeva svetlost stigne do panela, čestice svetlosti koje nazivamo fotoni predaju svoju energiju materijalu unutar ćelije. Ta energija može da oslobodi elektrone i pokrene njihovo usmereno kretanje. Tako nastaje jednosmerna električna struja, koja se dalje može koristiti u okviru fotonaponskog sistema.
Svetlost pokreće elektrone u solarnoj ćeliji
Najčešći materijal za solarne ćelije jeste silicijum, poluprovodnik čija se električna svojstva mogu kontrolisati. U ćeliji se formiraju oblasti sa različitim osobinama, između kojih nastaje unutrašnje električno polje. Kada foton odgovarajuće energije pogodi ćeliju, može da oslobodi elektron i stvori nosioce električnog naboja.
Elektroni se zatim ne kreću potpuno nasumično. Unutrašnje električno polje usmerava njihovo kretanje prema električnim kontaktima, čime nastaje struja. Solarne ćelije zato ne skladište svetlost, već njenu energiju neposredno pretvaraju u električni oblik koji može da se prenese kroz električno kolo.
Jedna solarna ćelija proizvodi relativno malu količinu električne energije, pa se veći broj ćelija povezuje u modul. Više modula može biti povezano u sistem koji zauzima znatno veću površinu. Količina proizvedene energije zavisi od površine ćelija, njihovih karakteristika i količine Sunčevog zračenja koje do njih dopire.
Električni kontakti prikupljaju nosioce naboja i omogućavaju da struja napusti aktivni deo ćelije. Provodnici zatim povezuju ćelije i module u električno kolo. Kada je sistem povezan sa potrošačem ili drugim uređajem, proizvedena električna energija može da bude iskorišćena.
Od solarne ćelije do korisne struje
Električna energija koju solarne ćelije proizvode jeste jednosmerna struja. Ona može direktno napajati neke uređaje, ali kućne instalacije uglavnom koriste naizmeničnu struju. Zbog toga je kod većine kućnih fotonaponskih sistema potreban inverter koji menja oblik električne energije.
Inverter pretvara jednosmernu struju iz panela u naizmeničnu struju odgovarajućih karakteristika za kućnu instalaciju ili priključak na mrežu. Savremeni uređaji mogu pratiti proizvodnju i rad sistema, pa omogućavaju da se energija proizvedena u panelima efikasno usmeri prema potrošačima.
Na proizvodnju utiču Sunce i uslovi rada
Solarni panel ne proizvodi istu količinu energije tokom celog dana. Intenzitet Sunčevog zračenja zavisi od položaja Sunca, godišnjeg doba, oblačnosti i drugih vremenskih uslova. Kada do ćelija stiže više svetlosti, uglavnom postoji veći potencijal za proizvodnju električne energije.
Ugao pod kojim svetlost pada na panel takođe je važan. Dobro postavljen panel može primiti više zračenja na svoju aktivnu površinu, zbog čega se pri projektovanju sistema vodi računa o orijentaciji, nagibu i mogućem zasenčenju okolnim objektima.
Temperatura utiče na električna svojstva poluprovodnika, pa visoka temperatura sama po sebi ne znači veću proizvodnju. Na učinak mogu uticati i prljavština, sneg i senka. Zbog toga se stvarna proizvodnja procenjuje na osnovu više uslova, a ne samo na osnovu toga da li je dan sunčan.
Važno je razlikovati svetlost od toplote. Panelu je za proizvodnju električne energije potrebna energija Sunčevog zračenja, dok samo zagrevanje površine nije mehanizam kojim nastaje struja. Upravo fotonaponski efekat omogućava da se energija svetlosti iskoristi na električnom nivou.
Gde odlazi proizvedena energija
Ako paneli u nekom trenutku proizvode više električne energije nego što objekat troši, višak može biti usmeren prema baterijskom sistemu ili, kada je sistem tako projektovan, prema električnoj mreži. Način korišćenja viška zavisi od konfiguracije konkretnog sistema i uslova priključenja.
Baterije omogućavaju da se deo ranije proizvedene energije sačuva za period kada proizvodnja iz panela nije dovoljna. Time se proizvodnja i potrošnja vremenski razdvajaju. Ipak, baterijsko skladištenje nije obavezno za svaki fotonaponski sistem, posebno kada postoji odgovarajuća mrežna veza.
Zašto panel može dugo da proizvodi struju
Solarne ćelije nemaju pokretne mehaničke delove koji bi tokom normalnog rada bili izloženi stalnom trenju. Panel se sastoji od ćelija, zaštitnih slojeva, stakla, električnih kontakata i drugih komponenti koje štite unutrašnji deo od spoljašnjih uticaja.
Proizvodne karakteristike ipak mogu postepeno da se menjaju tokom godina. Na rad utiču starenje materijala, vremenski uslovi, zaprljanost i zasenčenje. Zato se kod većih sistema prati proizvodnja i proverava stanje panela, kablova, invertera i drugih komponenti.
Suština procesa ostaje ista: Sunčeva svetlost dolazi do fotonaponskih ćelija, energija fotona pokreće elektrone, a unutrašnje električno polje usmerava njihovo kretanje. Tako nastaje jednosmerna struja, koju inverter može pretvoriti u električnu energiju pogodnu za svakodnevnu upotrebu.
