Fotovoltaika a fotovoltaický jev

Fotovoltaika je přeměna elektromagnetického záření ze Slunce na elektrickou energii. V tomto případě využíváme tzv. fotovoltaického jevu. Tento princip je použitelný nejen na velké fotovoltaické elektrárny, které znáte z okolních polí a luk, ale také najde uplatnění na střechách rodinných domů a průmyslových budov. V menším měřítku je tento princip využit i v malých spotřebičích, které máte v domácnosti nebo je používáte při cestování.

Co je to fotovoltaický jev

Základem je použití polovodičové diody. Polovodiče jsou takové látky, které se při určitých vlastnostech chovají jako izolanty a při změně podmínek jako vodiče. Právě toho se využívá při výrobě elektrické energie. Nejčastějším polovodičem používaným v solárních panelech je křemík. Představte si mřížku křemíku. Základ tvoří čtyřmocný křemík a kolem jsou valenční elektrony. Ty jsou ve tmě a při nízké teplotě pevně připoutány ke křemíku. V případě osvětlení a zvýšení teploty dojde k uvolnění těchto záporných elektronů a vznikají tak kladné díry. Tuto díru může zaplnit zase jiný uvolněný elektron a vzniká dojem, že se tyto díry stěhují. Vznik a stěhování těchto děr je podstatou fotovoltaického jevu.

Při napojení napětí k polovodiči dojde k usměrnění pohybu elektronů. Vlastnosti polovodiče se nám změní, pokud přidáme do mřížky třímocný prvek, například indium (polovodič typu P), nebo pětimocný prvek, například fosfor, arzen (polovodič typu N).

Při výrobě fotovoltaického článku je použita tenká vrstva křemíkového polovodiče s vodivostí typu P, která se pokryje tenkou vrstvou polovodiče typu N. Vznikne tedy přechodná vrstva P-N. Při osvětlení dojde k pohybu elektronů a mezi vrstvami P a N vznikne elektrické napětí, které u křemíkových článků dosahuje kolem 0,5V.

Energie z dopadajícího světla se tedy mění na elektrickou energii. Pokud připojíme k článku malý motorek, začne obvodem proudit elektrický proud. Potřebujeme-li větší objem proudu, zapojujeme jednotlivé články k sobě a vznikají panely. Proud, který můžeme z fotovoltaických panelů odebírat je úměrný osvětlené ploše.