Jak działają panele słoneczne? The Science of Solar Explained.

Wszyscy wiemy, że panele fotowoltaiczne (PV) przekształcają światło słoneczne w użyteczną energię elektryczną, ale niewiele osób zna faktyczną naukę stojącą za tym procesem. W tym tygodniu na blogu zamierzamy zagłębić się w najdrobniejsze szczegóły nauki kryjącej się za energią słoneczną. Może się to wydawać skomplikowane, ale wszystko sprowadza się do efektu fotowoltaicznego; zdolności materii do emitowania elektronów, gdy jest ona skąpana w świetle.

Zanim przejdziemy do poziomu molekularnego, spójrzmy na podstawowy przepływ wytwarzania energii elektrycznej:

Podstawowe etapy wytwarzania i przesyłania energii słonecznej

1. Światło słoneczne uderza w panele słoneczne i tworzy pole elektryczne.
2. Wytworzona energia elektryczna płynie do krawędzi panelu, i do przewodu przewodzącego.
3. Przewodzący przewód doprowadza energię elektryczną do inwertera, gdzie jest ona przekształcana z prądu stałego na prąd zmienny, który jest używany do zasilania budynków.
4. Inny przewód transportuje prąd zmienny z inwertera do panelu elektrycznego na posesji (zwanego również skrzynką wyłącznika), który rozprowadza energię elektryczną w całym budynku zgodnie z potrzebami.
5. Każda energia elektryczna, która nie jest potrzebna przy generowaniu, przepływa przez licznik i do sieci elektrycznej. Gdy energia elektryczna przepływa przez licznik, powoduje to, że licznik działa wstecz, uznając twoją własność za nadmiar energii.

Teraz, gdy mamy już podstawowe pojęcie o wytwarzaniu i przepływie słonecznej energii elektrycznej, zanurzmy się głębiej w naukę stojącą za panelem fotowoltaicznym.

Nauka stojąca za ogniwami fotowoltaicznymi

Słoneczne panele fotowoltaiczne składają się z wielu małych ogniw fotowoltaicznych – fotowoltaicznych, co oznacza, że mogą one przekształcać światło słoneczne w energię elektryczną. Ogniwa te są wykonane z materiałów półprzewodzących, najczęściej z krzemu, materiału, który może przewodzić elektryczność, utrzymując nierównowagę elektryczną potrzebną do wytworzenia pola elektrycznego.

Gdy światło słoneczne uderza w półprzewodnik w ogniwie fotowoltaicznym (krok 1 w naszym przeglądzie wysokiego poziomu), energia światła, w postaci fotonów, jest absorbowana, wybijając pewną liczbę elektronów, które następnie dryfują swobodnie w ogniwie. Ogniwo słoneczne jest specjalnie zaprojektowane z dodatnio i ujemnie naładowanych półprzewodników umieszczonych razem w celu wytworzenia pola elektrycznego (patrz obrazek po lewej stronie dla wizualizacji). To pole elektryczne zmusza dryfujące elektrony do przepływu w określonym kierunku – w kierunku metalowych płytek przewodzących prąd, które znajdują się w ogniwie. Przepływ ten nazywany jest prądem energetycznym, a siła prądu określa, ile energii elektrycznej może wyprodukować każde ogniwo. Gdy luźne elektrony trafiają na metalowe płytki, prąd jest kierowany do przewodów, co pozwala elektronom płynąć tak, jak w każdym innym źródle wytwarzania energii elektrycznej (krok 2 w naszym procesie).

Jak panel słoneczny wytwarza prąd elektryczny, energia przepływa przez serię przewodów do falownika (patrz krok 3 powyżej). Podczas gdy panele słoneczne generują prąd stały (DC), większość odbiorców energii elektrycznej potrzebuje prądu zmiennego (AC) do zasilania swoich budynków. Zadaniem inwertera jest przekształcenie energii elektrycznej z prądu stałego w prąd zmienny, dzięki czemu staje się ona dostępna do codziennego użytku.

Po przekształceniu energii elektrycznej w stan użytkowy (prąd zmienny), jest ona przesyłana z inwertera do panelu elektrycznego (zwanego również skrzynką wyłączników) i rozprowadzana w całym budynku zgodnie z potrzebami. Energia elektryczna jest teraz łatwo dostępna do zasilania świateł, urządzeń i innych urządzeń elektrycznych za pomocą energii słonecznej.

Każda energia elektryczna, która nie jest zużywana przez skrzynkę wyłącznika, jest wysyłana do sieci energetycznej za pośrednictwem miernika (nasz ostatni krok, jak opisano powyżej). Miernik mierzy przepływ energii elektrycznej z sieci do Twojej nieruchomości i odwrotnie. Gdy system solarny produkuje więcej energii elektrycznej niż zużywasz na miejscu, licznik ten faktycznie działa wstecz, a Ty otrzymujesz kredyt za nadmiar energii elektrycznej wytworzonej w procesie net metering. Gdy zużywasz więcej energii elektrycznej niż generuje Twój system solarny, pobierasz dodatkową energię elektryczną z sieci przez ten licznik, dzięki czemu działa on normalnie. Chyba że przeszedł całkowicie off-grid poprzez rozwiązanie przechowywania, trzeba będzie wyciągnąć trochę energii z sieci, zwłaszcza w nocy, kiedy twój układ słoneczny nie produkuje. Jednak znaczna część tej energii z sieci będzie kompensowana przez nadmiar energii słonecznej generowanej przez cały dzień i w okresach mniejszego wykorzystania.

Pomimo, że szczegóły dotyczące energii słonecznej są bardzo naukowe, nie trzeba być naukowcem, aby przekazać korzyści, jakie instalacja słoneczna może przynieść firmie lub właścicielowi nieruchomości. Doświadczony projektant instalacji solarnych może przeprowadzić Cię przez te korzyści i pomóc Ci zbadać, czy rozwiązanie solarne jest odpowiednie dla Twojej firmy.

iv