Данной статьей будет положено начало циклу статей, посвященному солнечной электроэнергетике. Будут рассмотрены вопросы начиная от базовых технических принципов работы солнечных панелей, до текущего законодательного регулирования развития солнечной, а также в целом возобновляемой электроэнергетики в России.
Солнечные панели, называемые также фотоэлектрическими панелями или фотоэлектрическими модулями, на самом деле представляют из себя достаточно простое устройство, принцип работы которого основан на p-n переходе.
Солнечный свет попадает на слой кремния p-типа, насыщенного электронами, создавая разницу потенциалов со слоем кремния n-типа, который держат в темноте. В p-области полупроводника наблюдается значительное увеличение концентрации свободных электронов. В n-области, как известно, электронов не хватает (n-области свойственна дырочная проводимость, за счет отсутствия одного электрона в каждой ковалентной связи атомов полупроводника. Таким образом, между p и n поверхностямя полупроводника возникает разность потенциалов, солнечная панель накапливает заряд подобно конденсатору. Если теперь замкнуть внешнюю цепь, то электроны из n-слоя, совершив работу на нагрузке, будут возвращаться в p-слой.
Разность потенциалов составляет как правило 0,5 Вольт. Для увеличения напряжения используется несколько кристаллов, которые соединяются последовательно между собой. Если соединить панели параллельно, увеличится воходной ток. Таким образом, изменяя количество и схему подключения кристалов можно изменть получаемое напряжение и ток.
Для замыкания p и n слоев на поверхности полупроводниковой структуры фотоэлектрических панелей имеется контактная система. На освещённой поверхности контакты выполняются в виде сетки или гребёнки (для того чтобы не препятствовать прохождению солнечного света), а на тыльной могут быть сплошными.
Солнечные панели не способны преобразовать энергию Солнца в электроэнергию в полном объеме, основные потери связаны с отражением солнечных лучей от поверхности панелей (блики), рекомбинация положительных и отрицательных зарядов внутри и на поверхности модулей, внутренним сопротивлением, с иными физическими процессами.
Итоговый КПД современных фотоэлектрических модулей составляет 15-25%, хотя в лабораторных условиях удавалось создавать панели с КПД близким к 45%. Массового распространения солнечные панели с таким высоким КПД пока не получили по причине сложности их производства.