Cum funcționează celula fotovoltaică

Mai multe celule fotovoltaice formează un panou fotovoltaic. Pentru a înțelege cum este structurat un panou este recomandat să cunoaștem mai întâi modul de funcționare al unei celule fotovoltaice. Așadar, responsabil pentru conversia fotonilor (razelor luminoase provenite de la Soare) în energie electrică este efectul fotovoltaic. Acesta a fost descoperit în 1839 de fizicianul francez Edmond Becquerel.

                          Fig. 1: Formarea fluxului electric într-o celula fotovoltaică

Celula fotovoltaică este alcătuită din atomi de siliciu care sunt izolatori, neavând proprietatea de a lăsa curentul electric să treacă prin ea. De aceea este îmbogățită cu anumiți atomi pentru a crea conductibilitate electrică. Foița de siliciu este compusă din 2 straturi cu proprietăți diferite. Primul strat, prin procesul de dopare, a fost îmbogățit cu atomi de fosfor.

Fiecare atom de fosfor are un electron liber. Acest strat se mai numește și N-type deoarece este încărcat negativ. Al doilea strat, prin același proces, a fost îmbogățit cu atomi de bor. În cazul acestui strat, sarcina este pozitivă, iar aici sunt disponibile niște goluri. Se mai numește și P-type. La contactul dintre cele 2 zone ajung fluxurile radiative solare, iar energia lor este disipată în sarcini pozitive și negative. În această zonă se produce joncțiunea dintre N și P.

Astfel, sarcina negativă din fotoni, ajunge în stratul superior (N-type), iar sarcina pozitivă în stratul inferior (P-type). Pentru că energia solară conține mai multe fascicule, cu mai mulți fotoni, în celula fotovoltaică legată la un circuit se produce un flux de electricitate (fig. 1).

Un foton poate fi absorbit sau reflectat de celula de siliciu sau poate trece direct prin aceasta. Doar când fotonul este absorbit, este generat curent electric. Cu cât intensitatea luminii este mai mare (mai mulți fotoni) cu atât curentul electric produs este mai mare. O singură celulă fotovoltaică sub acțiunea razelor solare produce 0,5 volți, o cantitate foarte mică comparabilă cu necesarul de voltaj destul de ridicat. De aceea, mai multe celule fotovoltaice sunt legate în serie și paralel, într-un modul numit panou solar fotovoltaic.

                 Fig. 2: Profilul transversal al panoului fotovoltaic mono și policristalin

În profilul transversal al panoului fotovoltaic (fig. 2), este evidențiată ordinea tipurilor de materiale folosite în construcția acestor tipuri de module. În extremități se remarcă, la partea superioară stratul de sticlă ce permite acces razelor solare datorită transparenței, iar la partea inferioră stratul metalic ce susține celulele fotovoltaice. Celulele sunt poziționate central, în profil, fiind împărțite în cele 2 straturi. Pentru a împiedica reflectarea razelor solare care ajung pe celulă, se folosește un strat anti-reflex.

Sursa: Preluat din lucrarea de licență personală cu titlul: Evaluarea potențialului solar în Câmpia Bărăganului, susținută la Facultatea de Geografie, Universitatea din București.