Cum funcționează panourile solare?

Panourile solare sunt dispozitive care colectează energia de la soare și o transformă în electricitate. Semiconductorii creează interacțiuni între fotonii de la soare și electroni pentru a capta energia.

Aflați cum funcționează procesul și ce se întâmplă cu electricitatea generată.

Energie solară la electricitate: pas cu pas

Energia solară este generată de efectul fotovoltaic (PV), care captează energia de la soare. Fiecare panou solar este organizat în grupuri de celule PV, pentru a crea electricitate prin următorii pași:

1. Pe măsură ce lumina soarelui lovește fiecare celulă PV, fotonii, sau particulele de energie solară, care compun lumina, dislocă electronii din materialul semiconductor din panouri.
2. Acești electroni încep să curgă spre plăcile metalice din jurul exteriorului celulei PV. Asemenea curgerii apei într-un râu, electronii creează un curent de energie sub formă de electricitate de curent continuu (CC).
3. Cea mai mare parte a electricității utilizate este sub formă de curent alternativ (CA), astfel încât electricitatea de curent continuu trebuie să ajungă la un invertor care schimbă CC în electricitate de CA.
4. Odată ce curentul electric este schimbat în CA, poate fi folosit pentru a alimenta electronicele dintr-o casă sau stocat în baterii.

Efectul fotovoltaic în detaliu

Curenții electrici din panourile solare sunt creați prin dislocarea unui electron dintr-un atom al unui material PV precum siliciul. Acest lucru necesită multă energie, deoarece siliciul își dorește cu adevărat să-și păstreze electronii.

Spre deosebire de metale care sunt buni conductori de electricitate, semiconductorii de siliciu permit unui flux controlat de electricitate să treacă prin ei.

Siliciul nu poate genera un curent electric semnificativ de unul singur. Oamenii de știință au rezolvat această problemă adăugând un element încărcat negativ, cum ar fi fosforul, la siliciu.

Fiecare atom de fosfor are un electron suplimentar, astfel încât mai mulți electroni pot fi dislocați cu ușurință de lumina soarelui.

Acest siliciu încărcat negativ, sau de tip N, este apoi suprapus cu un strat de siliciu încărcat pozitiv, sau de tip P. Stratul de tip P este creat prin adăugarea de atomi de bor încărcați pozitiv la siliciu.

Rolul borului în efectul fotovoltaic

Fiecare atom de bor „lipsește” de un electron și ar dori să obțină unul de oriunde poate. Punerea împreună a foilor din aceste două materiale face ca electronii din materialul de tip N să sară spre materialul de tip P. Aceasta creează un câmp electric, care apoi acționează ca o barieră ce împiedică electronii să se miște ușor prin el.

Când fotonii lovesc stratul de tip N, dislocă un electron. Acel electron liber vrea să ajungă la stratul de tip P, dar nu are suficientă energie pentru a trece prin câmpul electric. În schimb, urmează calea cea mai ușoară. Curge prin fire metalice care realizează o conexiune de la stratul de tip N, în jurul exteriorului celulei PV, și înapoi în stratul de tip P. Această mișcare a electronilor creează electricitate.

Unde merge electricitatea?

Potrivit Comisiei Federale pentru Comerț, majoritatea caselor alimentate cu energie solară din Statele Unite obțin aproximativ 40% din electricitatea lor de la panouri. Această cantitate depinde de factori precum numărul de ore de lumină solară directă pe care o primesc panourile și numărul de panouri din sistem.

Există multiple modalități de a stoca și accesa energia solară, iar majoritatea implică interacțiunea cu rețeaua electrică tradițională.

• Net Metering: Aceasta are loc atunci când excesul de electricitate este trimis înapoi în rețeaua electrică sub formă de credit pe facturile de electricitate.
• Sistem hibrid: Aceste sisteme includ baterii, unde electricitatea care nu este utilizată imediat de casă este stocată. Orice rămâne va fi trimis înapoi în rețea.
• Gross Metering: În acest sistem, toată electricitatea produsă de panourile solare rezidențiale este trimisă imediat în rețeaua electrică. Locuitorii apoi își iau energia înapoi din rețea. În funcție de costurile de utilizare, care pot varia în funcție de momentul zilei în care este necesară electricitatea, acest lucru poate fi mai puțin eficient atunci când proprietarii de case sunt taxați de compania de utilități pentru energia consumată.