Većina elektrana struju proizvodi na isti način: nešto okreće turbinu, a turbina generator. Solarni panel radi drugačije. U njemu se ništa ne okreće, ne sagorijeva i ne zagrijava radi proizvodnje. Svjetlost se pretvara u električnu struju u samom materijalu, pojavom koja se zove fotonaponski efekat.
Šta se dešava u ćeliji
Solarna ćelija najčešće je tanka pločica silicija, poluprovodnika koji se dobija iz kvarcnog pijeska. Sastoji se od dva sloja s različitim primjesama. U jedan sloj dodaju se atomi koji daju višak elektrona, a u drugi atomi kojima elektron nedostaje. Na granici tih slojeva nastaje trajno električno polje.
Svjetlost se sastoji od čestica energije, fotona. Kada foton pogodi atom silicija i ima dovoljno energije, izbaci elektron iz njegove veze. Električno polje na granici slojeva gura oslobođene elektrone na jednu stranu ćelije. Ako se dvije strane spoje žicom, elektroni poteku kroz nju i nastaje električna struja.
Jedna ćelija daje nizak napon, oko pola volta. Zato se desetine ćelija povezuju u panel, a paneli u veće nizove.
Od panela do utičnice
Panel proizvodi istosmjernu struju, dok kućna mreža koristi izmjeničnu. Pretvaranje obavlja uređaj koji se naziva inverter ili pretvarač. Proizvedena struja može se odmah potrošiti, predati u mrežu ili pohraniti u baterije.
Treba razlikovati fotonaponske panele od solarnih kolektora za toplu vodu. Kolektori ne proizvode struju, nego Sunčevom toplotom zagrijavaju tekućinu koja kruži kroz cijevi.
Od čega ovisi koliko panel daje
Uobičajeni komercijalni paneli od silicija pretvore u struju otprilike petinu energije svjetlosti koja na njih padne. Ostatak se odbije ili pretvori u toplotu. Na stvarnu proizvodnju utiče više okolnosti:
- orijentacija i nagib: na sjevernoj hemisferi najviše daju paneli okrenuti prema jugu;
- sjena: i djelimično zasjenjenje jednog panela može primjetno smanjiti proizvodnju cijelog niza;
- temperatura: suprotno očekivanju, paneli rade bolje kada su hladni, pa za vedrog i svježeg dana daju više nego za jake vrućine;
- oblačnost: paneli rade i pod oblacima, jer koriste i raspršenu svjetlost, ali s manjim učinkom;
- čistoća: prašina, lišće i snijeg smanjuju količinu svjetlosti koja dopire do ćelija.
Paneli nemaju pokretnih dijelova, pa traju decenijama, uz postepen i spor pad snage.
Kratka historija
Fotonaponski efekat prvi je 1839. godine uočio francuski fizičar Edmond Becquerel. Albert Einstein je 1905. objasnio srodnu pojavu, fotoelektrični efekat, i za to dobio Nobelovu nagradu za fiziku za 1921. godinu. Prvu praktičnu silicijsku ćeliju predstavili su 1954. istraživači američkih laboratorija Bell.
Solarne ćelije su se najprije koristile na satelitima, gdje cijena nije bila presudna. Od tada je proizvodnja pojeftinila toliko da su paneli postali uobičajen prizor na krovovima. Isplativost za pojedino domaćinstvo ovisi o lokaciji, potrošnji i propisima o priključenju na mrežu, pa se prije ulaganja vrijedi raspitati kod nadležnog operatera distributivnog sistema.
