Zasada działania baterii słonecznych

Podstawą działania baterii słonecznych jest zamiana promieniowania świetlnego na energię elektryczną. Promieniowanie słońca docierające do granic atmosfery ziemskiej, jest w niewielkim stopniu pochłaniane przez atmosferę i w większości dociera do powierzchni ziemi.

Środowisko naturalne potrafi w bardzo wydajny sposób wykorzystywać tą energię:

  • padająca na rośliny fala świetlna (foton) jest zamieniana w procesie fotosyntezy na energię potrzebną roślinie do rozwoju oraz transformacji dwutlenku węgla w czysty tlen atmosferyczny.
  • w przypadku gdy promienie światła docierają do materii nieożywionej to niepochłonięte promieniowanie daje nam możliwość obserwowania kolorów przedmiotów, zaś energia pochłonięta przez materię zamieniana jest na energię cieplną. Człowiek także nauczył się wykorzystywać te procesy w swojej działalności i na przykład proces zamiany energii promieniowania na ciepło jest wykorzystywany w kolektorach słonecznych do pozyskiwania ciepła ,a później do jego akumulacji w zbiorniku wodnym.

W przypadku baterii słonecznych mamy do czynienia z jeszcze inną formą wykorzystania energii promieniowania słonecznego - zjawiskiem fotowoltaicznym.

Zjawisko fotowoltaiczneOgniwa fotowoltaiczne są złożone z dwóch warstw trwale połączonych ze sobą półprzewodników: jednej półprzewodnika typu p, oraz drugiej - półprzewodnika typu n. Najogólniej można powiedzieć, że typ półprzewodnika zależy od tego czy w jego strukturze na poziomie atomów występuje nadmiar elektronów i wtedy jest on półprzewodnikiem typu n, lub ich niedobór – wtedy jest to półprzewodnik typu p (mówimy wtedy o występowaniu w nim „dziur elektronowych”, lub po prostu o „dziurach”). Płaszczyznę styku tych dwóch warstw półprzewodników nazywamy złączem półprzewodnikowym p-n – wykorzystywane jest ono powszechnie w elektronice od diod, przez wszelkiego rodzaju tranzystory, diody świecące, układy scalone i wiele, wiele innych.

Zjawisko fotowoltaiczne polega na tym, że padające na ogniwa fotony (posiadają energię) wzbudzają pary elektronów i dziur. Jeśli takie wzbudzenie nastąpi w obszarze złącza półprzewodnikowego p-n, to elektrony przemieszczą się w kierunku obszaru n, a wytworzone braki ładunku (dziury) przemieszczą są do obszaru p. Rozseparowanie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów – oznacza to, że w ogniwie fotowoltaicznym pojawia się napięcie elektryczne. Zsumowanie ogromnej liczby takich impulsów elektrycznych, wytwarza prąd o określonej wartości, możliwy do wykorzystania przez urządzenia elektryczne.

Wytworzone w ten sposób ogniwo fotowoltaiczne jest podstawowym komponentem potrzebnym do zbudowania baterii słonecznej. W kolejnym etapie produkcyjnym ogniwa są łączone szeregowo aż do osiągnięcia odpowiedniego napięcia. Po odpowiednim zlutowaniu ogniw fotowoltaicznych układa się je na podłożu i zabezpiecza odpowiednimi foliami (EVA) a następnie zgrzewa próżniowo. Tak otrzymany półprodukt - bateria słoneczna jest następnie zabezpieczany ramą, szybą hartowaną solarną (taką która ma podwyższoną wytrzymałość i przepuszcza maksymalną ilość promieniowania słonecznego). Na końcu na wewnętrznej części dodaje się skrzynkę przyłączeniową - wyposażoną w miejsca do przykręcenia baterii lub kable z konektorami np MC4 i diodami bocznikującymi.