Solarni paneli

Iako veći solarni paneli nisu zastupljeni poput digitrona na solarnu energiju, oni su tu i nije ih toliko teško primetiti ako znate gde da ih tražite. Zapravo, solarni paneli – koji su se nekada koristili gotovo isključivo u svemiru, za snadbevanje energijom električnih sistema još od 1958. godine se počinju koristiti i na manje egzotičnim mestima. Tehnologija nastavlja da napreduje i da se ugradjuje u nove uredjaje non-stop, od naočara do električnih vozila koja se pokreću solarnom energijom.

Nada u „solarnu revoluciju“ je u vazduhu već decenijama, ideja je da ćemo jednog dana koristiti besplatnu energiju od Sunca. Ovo je izazovna ideja, jer tokom sunčanog dana, sunčevi zraci daju približno 1000W energije po kvadratnom metru na površini zemlje. Ako bi mogli sakupiti svu tu energiju, mogli bi lako snadbeti domove i kancelarije besplatnom energijom.

U ovom blogu, ispitaćemo solarne ćelije da bi naučili kako one pretvaraju sunčevu energiju u električnu. U tom procesu naučićete zašto se približavamo korišćenu energije Sunca na dnevnoj bazi, i zašto imamo još dosta ispitivanja da obavimo pre nego što taj proces postane svakodnevnica.

Solarne ćelije koje vidite u digitronima i satelitima se takodje zovu fotonaponske ćelije, koje kao što sama reč kaže, pretvaraju sunčevu svetlost direktno u struju. Modul je grupa fotonaponskih ćelija električno povezana i zapakovana u okvir (najpoznatiji pod nazivom solarni panel), koji kasnije može biti grupisan u veće solarne nizove.

Fotonaponske ćelije su napravljene od specijalnog materijala tzv. poluprovodnika kao što je silicijum, koje se trenutno najčešće koristi. U principu, kada sunčev zrak udari u ćeliju, odredjena količina svetlosti se zadržava u poluprovodničkom materijalu. To znači da se energija zadržane svetlosti transformiše u poluprovodniku. Elektronski udar izaziva da elektroni napuštaju svoje atome i plutaju.

Fotonaponske ćelije takodje imaju jedno ili više elektronskih polja koja guraju elektrone koji su oslobodjeni sakupljanjem svetlosti da se kreću u odredjenom smeru. Kretanje elektrona je zapravo struja, i postavljanjem metalnih kontakata na vrh i dno fotonaponske ćelije, možemo povući tu struju za spoljašnju upotrebu recimo da napajamo digitron. Ova struja, zajedno sa naponom ćelija definiše snagu (ili voltažu) koju solarna ćelija može proizvesti.

To je osnovni proces, ali zapravu tu postoji još mnogo toga. U nastavku ćemo dublje zaći u to i pokazati na primeru jedne fotonaponske ćelije.

Kako se od silicijuma pravi fotonaponska ćelija

Silicijum ima neka specijalna hemijska svojstva, pogotovo kada je u kristalnoj formi. Atom silicijuma ima 14 elektrona, poredjanih u različite slojeve. Prva dva sloja koji drže dva i osam elektrona su kompletno pupunjeni. Treći sloj je samo do pola popunjen i drži četiri elektrona. Atom silicijuma će uvek tražiti način da popuni posledji sloj, a da bi uspeo u tome deliće elektrone sa četiri susedna atoma. To je kao da se svaki atom rukuje sa svojim komšijom, osim što u ovom slučaju, svaki atom ima četiri ruke sa kojima se rukuje sa svojim komšijama. To je ono što formira kristalne strukture, a ova struktura se ispostavila kao jako bitna za ovu vrstu fotonaponskih ćelija.

Jedini problem je sto je čist silicijum slab provodnik električne energije jer nijedan njegov elektron nije slobodan da se kreće, za razliku od elektrona u koji su optimalniji provodnici poput bakra. Da bi se prevazišao ovaj problem, silicijum u solarnim ćelijama ima nečistoće, druge atome smisleno pomešane sa atomima silicijuma, koji prave malu razliku u tome kako stvari rade. Obično nečistoće smatramo za nešto nepoželjno, ali u ovom sličaju, naša fotonaponska ćelija ne bih radila bez njih. Razmotrimo silicijum sa atomom fosfora tu i tamo, recimo jedan atom fosfora na svakih milion atoma silicijuma. Fosfor ima pet elektrona u svom spoljašnjem sloju, ne četiri. Atom fosfora je i dalje povezan sa komšijskim atomima silicijuma, ali fosfor ima jedan elektron viška koji nema sa kime da se rukuje. Dakle ovaj elektron neučestvuje u rukovanju i nije na taj način povezan sa atomima silicijuma, ali tu je pozitivni proton u jezgru fosfora koji drži ovaj elektron na mestu.

Kada se energija doda čistom silicijumu, u formi toplote naprimer, to može prouzrokovati da se nekoliko elektrona oslobodi i napuste svoje atome. Na mestu tih oslobodjenih atoma ostaje prazno mesto za svaki oslobodjeni elektron. Ovi elektroni, koji se nazivaju slobodni prenosioci, lutaju naokolo nasumično kroz kristalnu rešetku tražeći drugo prazno mesto koje će da popune i tako prenesu električnu energiju. Medjutim, u čistom silicijumu postoji jako mali broj tih praznih mesta, tako da ovi elektroni prenosioci ne mogu da budu efikasni.

Ali naš nečisti silicijum izmešan sa atomima fosfora je druga priča. Potrebno je mnogo manje energije da se izazove oslobadjanje jednog od naših „ekstra“ elektrona fosfora zato što što on nije povezan ni sa jednim susednim atomom silicijuma. Proces svrsishodnog dodavanja nečistoća naziva se dopovanje, a kada se primese dodaju sa svrhom, silicijum koji se tako dobije naziva se N-tip (N znači negativan) zato sto u njemu preovladjuju elektroni. Dopovani silicijum N-tipa je mnogo bolji provodnik od čistog silicijuma.

Drugi deo solarne ćelije je obično dopovan sa borom, koji ima samo tri elektrona na spoljašnjem sloju umesto četiri, i tako se dobija P-tip (P znači pozitivan) silicijuma. Umesto da ima slobodne elektrone P-tip silicijuma ima slobodna mesta i prenosi suprotan (pozitivan) napon.

Call Now Button