Τα τελευταία χρόνια η χρήση των φωτοβολταϊκών έχει αυξηθεί ραγδαία.  Έχετε αναρωτηθεί όμως πώς δουλεύουν;  Τι πραγματικά συμβαίνει μέσα σε ένα φωτοβολταϊκό και μπορούμε να μετατρέψουμε την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική;

 

ΔΟΜΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΟΥ ΚΑΙ Η ΠΟΡΕΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

Ας ξεκινήσουμε βλέποντας λίγο την δομή ενός φωτοβολταϊκού,  όπως μπορείτε να δείτε στον πίνακα παρακάτω,  και στην συνέχεια ακολουθώντας ακριβώς την πορεία του φωτός θα εξηγήσουμε τον ρόλο του κάθε στρώματος με σκοπό να καταλάβουμε πως η ηλιακή ακτινοβολία θα μετατραπεί σε ηλεκτρική.

ΓΥΑΛΙ

Το πρώτο στρώμα που θα συναντήσει το φως καθώς φτάνει στο φωτοβολταϊκό μας είναι το γυαλί.  Το γυαλί όμως όπως γνωρίζουμε είναι ένα μονωτικό υλικό οπότε σίγουρα δεν θα εξυπηρετήσει τον βασικό μας σκοπό.  Όμως για να κερδίσουμε ενέργεια σίγουρα χρειαζόμαστε το φωτοβολταϊκό μας  να είναι εκεί για αρκετό καιρό.  Ο λόγος λοιπόν είναι αρχικά να προστατέψει το πάνελ μας από αντικείμενα που θα μπορούσαν να πέσουν πάνω του και να το καταστρέψουν.  Και αν αναρωτηθείτε γιατί χρησιμοποιούμε γυαλί και όχι κάτι άλλο πιο ανθεκτικό όπως για παράδειγμα σίδερο,  σκέφτητε απλά ότι το γυαλί επιτρέπει τη μεγαλύτερη ποσότητα του φωτός να περάσει από μέσα του.

ANTI-REFLECTION LAYER

Σίγουρα έχετε προσέξει το σκούρο, σκοτεινό χρώμα που έχουν τα πάνελ.  Αυτό το οφείλουν στο δεύτερο στρώμα το anti-reflection layer.  Μπορούμε να καταλάβουμε την αξία του σκεπτόμενοι την απουσία του.  Τα επόμενα στρώματα που θα μελετήσουμε είναι αρκετά γυαλιστερά,  άρα καθώς θα έπεφτε πάνω τους το φως θα ένα μεγάλο ποσοστό του θα το αντανακλούσαν πίσω, κάτι που δεν θέλουμε. Η αντανακλαστική επιφάνεια βοηθάει στο να κρατήσουμε το φως εκεί που θέλουμε.  Αν ακολουθήσουμε μάλιστα κάποιες εξισώσεις της οπτικής και κατασκευάζουμε αυτό το στρώμα στο κατάλληλο πάχος τότε το φως δεν αντανακλά στην επιφάνεια αλλά μπαίνει μέσα σε αυτό και έπειτα περνάει στα επόμενα στρώματα.

ΣΤΡΩΜΑ ΠΥΡΙΤΙΟΥ-ΦΩΣΦΟΡΟΥ

Το πυρίτιο έχει στην εξωτερική του στοιβάδα 4 ηλεκτρόνια, έναν αριθμό ηλεκτρονίων που το οδηγεί στο να κάνει δεσμούς με τα γειτονικά του πυρίτια.  Κατά αυτό τον τρόπο όλα τα ηλεκτρόνια δεσμεύονται,  με αποτέλεσμα να μην έχουμε ελεύθερα ηλεκτρόνια στον χώρο.  Έτσι λοιπόν ερχόμαστε και κάνουμε μία πρόσμιξη, βάζουμε δηλαδή μία ποσότητα φωσφόρου μέσα στο πυρίτιο.  Και γιατί φώσφορο;  Ο φώσφορος έχει στην εξωτερική του στιβάδα 5 ηλεκτρόνια.  Έτσι όταν αυτός βρεθεί σε μία περιοχή με πυρίτια θα έχουμε ένα ηλεκτρόνιο αδέσμευτο.  Παρόλο το γεγονός ότι έχουμε όμως ένα ηλεκτρόνιο ελεύθερο δεν σημαίνει ακόμα ότι αυτό το στρώμα έχει αποκτήσει αρνητικό φορτίο,  διότι σκεφτείτε το πυρίτιο είναι ουδέτερο όπως και ο φώσφορος.  Για να αποκτήσουμε φορτίο θα πρέπει αυτό το ηλεκτρόνιο να μετακινηθεί και να πάει κάπου αλλού.  Έτσι φτάνουμε στο δεύτερο στρώμα πυριτίου.

ΣΤΡΩΜΑ ΠΥΡΙΤΙΟΥ-ΒΟΡΙΟΥ

Και σε αυτό το στρώμα αρχικά έχουμε μόνο πυρίτιο που κάνει δεσμούς με τα τέσσερα ηλεκτρόνια που έχει στην εξωτερική του στοιβάδα με τα γειτονικά άτομα πυριτίου.  Εδώ λοιπόν θα κάνουμε μία καινούργια πρόσμιξη.  Μόνο που αντί για φώσφορο θα βάλουμε βόριο.  Το βόριο στην εξωτερική του στιβάδα έχει τρία ελεύθερα ηλεκτρόνια,  πράγμα το οποίο σημαίνει πως μετά τους δεσμούς που θα αναπτύξει μία θέση θα παραμείνει κενή.  Το στρώμα μας όμως και σε αυτή την περίπτωση είναι ουδέτερο.  Για να αποκτήσει φορτίο θα πρέπει κάποιο ηλεκτρόνιο να έρθει σε αυτό ή να φύγει από αυτό.  Και φτάνουμε στο σημείο κλειδί!  Όταν φέρουμε αυτά τα δύο στρώματα σε επαφή θα δημιουργήσουμε αυτό που ονομάζεται p-n ημιαγωγός.  Τα ηλεκτρόνια που ήταν στο πάνω στρώμα και δεν είχαν δημιουργήσει δεσμούς, τα αδέσμευτα δηλαδή ηλεκτρόνια από τον φώσφορο,  θα κινηθούν στο κάτω στρώμα προκειμένου να συμπληρώσουν τα κενά που είχαν δημιουργηθεί εξαιτίας του βορίου.  Το αποτέλεσμα είναι να δημιουργηθεί μία ανισορροπία στα φορτία μεταξύ των δύο στρωμάτων.

ΜΕΤΑΛΛΙΚΟ ΠΛΕΓΜΑ-ΜΕΤΑΛΛΙΚΗ  ΒΑΣΗ

Και οποιαδήποτε ανισορροπία σε ηλεκτρικό φορτίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο.  Και ήρθε η ώρα να καλωσορίσουμε τον πρωταγωνιστή μας.  Τον ήλιο!  Όταν η ηλιακή ακτινοβολία προσπέσει  στο άνω στρωμα εξαιτίας της ενέργειας που φέρει σπάει τους δεσμούς του πυριτίου με αποτέλεσμα να απελευθερώνονται ηλεκτρόνια.  Αλλά για να προσανατολιστούν και να ξεκινήσουν την κίνησή τους θα πρέπει να φροντίσουμε να έχουν έναν δρόμο για να κινηθούν.  Τον ρόλο αυτό τον παίζουν η μεταλλική βάση στο κάτω μέρος του πάνελ και το μεταλλικό πλέγμα στο πάνω.  Έτσι λοιπόν έχουμε πλέον την προσανατολισμένη κίνηση των ηλεκτρονίων και μπορούμε να πάρουμε την ηλεκτρική ενέργεια που θέλουμε!