Solární panely, také známé jako "solární čipy" nebo "fotočlánky" a "solární články", jsou fotoelektrické polovodičové desky, které využívají sluneční světlo k přímé výrobě elektřiny. Zařízení, které přímo přeměňuje sluneční světelnou energii na elektrickou energii prostřednictvím fotoelektrického jevu nebo fotochemického jevu. Ve fyzice se tomu říká fotovoltaika (Photovoltaic, zkráceně FV), nebo zkráceně fotovoltaika. Jednotlivé solární články nelze použít přímo jako zdroje energie. Pro použití jako zdroj energie musí být několik jednotlivých solárních článků zapojeno do série a paralelně a těsně utěsněno do součástí. Jeho pracovní princip je jednoduše takový, že solární panely během dne absorbují energii slunečního světla a přeměňují ji na elektrickou energii a ukládají ji do baterie a baterie napájí pouliční osvětlení solární energií v noci. Proč tedy solární panely vyrábějí elektřinu za slunečných podmínek?
Solární panely obecně používají zařízení, která reagují na světlo a dokážou přeměnit energii slunečního světla na elektřinu. Nejběžnějším materiálem je křemík, který je jedním z nejrozšířenějších materiálů na Zemi. Má polovodičové vlastnosti, které pokládají základ pro proces fotoelektrické přeměny solárních panelů.
Ale první věc, kterou je třeba pochopit, je, že vodivost čistého křemíku je velmi špatná a neexistují žádné elektrony, které by se mohly volně pohybovat v krystalové struktuře. Pro zvýšení jeho vodivosti je čistý křemík obvykle dopován stopovými nečistotami, aby se zvýšila jeho vodivost. Podle této charakteristiky mohou být vyrobena různá vodivá zařízení.
Do křemíku používaného k výrobě solárních panelů pro pouliční osvětlení se obvykle přidává fosfor nebo bor. Když se přidá bor, křemíkový krystal vytvoří díru. Vzhledem k tomu, že původní atom křemíku je obklopen 4 elektrony a atom boru je obklopen pouze 3 elektrony, budou při jeho dotování do původní krystalové struktury také generovány díry. Bez elektronů je tato díra velmi nestabilní a snadno absorbuje další elektrony za vzniku polovodiče typu P.
Když se fosforové nečistoty dopují do křemíkových krystalů, protože kolem atomů fosforu je 5 elektronů, elektron navíc bude velmi aktivní a vytvoří polovodič typu N. V polovodičích typu P je mnoho děr a v polovodičích typu N je mnoho aktivních volných elektronů. Když se dva kontaktují, tyto volné elektrony najdou díry a zaplní je. Kontaktní plocha mezi těmito dvěma bude tvořit potenciální rozdíl, to znamená PN přechod. Strana typu P je nabitá kladně a záporně a strana typu N je nabitá kladně.
Při příjmu světla se energie obsažená ve světle přenese do polovodiče. Tato energie uvolní strukturu elektronů a bude se volně pohybovat. Je to proto, že solární světelná energie rozebere elektrony a díry. Za normálních okolností foton s určitou energií uvolní elektron, který náhodou vytvoří volnou díru. Pokud k tomu dojde těsně u kontaktního povrchu a při přitahování vestavěným elektrickým polem budou elektrony proudit do zóny n a díry budou proudit do zóny P, čímž se vytvoří proud ze zóny typu N do zóny P- typ zóny. Tvoří se elektrárna baterie. Elektřina je tvořena napětím, které se používá k nabíjení.
Je však třeba si uvědomit, že polovodiče nejsou dobrými vodiči elektřiny a elektrony protékají PN přechodem a následně proudí v polovodiči, což způsobí velké ztráty. Proto je horní vrstva obvykle potažena kovem. Pokud je však zcela natřený, způsobí, že sluneční světlo neprojde. Za normálních okolností se pro zakrytí PN přechodu používá kovová mřížka. Další věc, kterou je třeba poznamenat, je, že povrch křemíku je vysoce reflexní. Pokud se neošetří, odrazí se velké množství slunečního záření. K vyřešení tohoto problému výrobce pouličního osvětlení se solární energií obvykle přidá na solární panel vrstvu ochranného filmu s nízkým koeficientem odrazu. Ztráta způsobená odrazem bude řízena do 5 procent.
