Fotovoltaický jav

619 slov, čas čítania: 3 minúty.

Čo je to fotovoltaický jav – Premena slnečnej energie na elektrickú

Fotovoltický jav je fyzikálny proces, pri ktorom dochádza k premene slnečnej energie na elektrickú energiu. Tento jav tvorí elementárny mechanizmus fungovania fotovoltických panelov.

Fotovoltický jav je známy aj ako fotoelektrický jav. V podstate ide o fyzikálny proces, pri ktorom svetelná energia (fotóny) uvoľňuje elektróny v polovodičovom materiáli, čím sa vytvára elektrický prúd. Tento prúd je využívaný na výrobu elektrickej energie v solárnych paneloch.

Princíp fotovoltaického javu

Fotovoltický článok, známy aj ako solárny článok, je najmenší stavebný blok fotovoltického systému. Tento článok je väčšinou vyrobený z polovodičového materiálu, pričom kremík je najpoužívanejším materiálom. Proces premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu prebieha v niekoľkých krokoch:

1. Absorpcia svetla pri fotovoltaickom jave:

Po dopade svetla na polovodičový materiál (zvyčajne kremík) fotóny prenášajú svoju energiu na elektróny v atómoch materiálu.

2. Uvoľnenie elektrónov:

Energia z fotónov uvoľní elektróny z atómových väzieb polovodiča, čím sa tieto elektróny stanú voľnými a schopnými pohybovať sa v materiáli.

3. Vytvorenie elektrického napätia:

Fotovoltický článok pozostáva z dvoch vrstiev polovodiča, jednej s n-typom a druhej s p-typom. Na rozhraní týchto vrstiev vzniká elektrické pole, ktoré ovplyvňuje pohyb voľných elektrónov a vytvára elektrické napätie.

4. Vytvorenie elektrického prúdu:

Elektróny prechádzajú cez vonkajší elektrický obvod, čím sa vytvára elektrický prúd, ktorý je možné využiť na napájanie elektrických zariadení alebo uloženie energie v batériách.

Fotovoltaický jav – história

Francúzsky fyzik Edmond Becquerel objavil fotovoltický jav v roku 1839, keď experimentoval so striebornými platňami vystavenými svetlu v spojení s mokrou elektrolytickou bunkou. Mokrá elektrolytická bunka je zariadenie, ktoré využíva kvapalný elektrolyt (vodivý roztok) na uskutočňovanie elektrochemických reakcií medzi elektródami ponorenými do elektrolytu. Tento typ bunky slúži na štúdium procesov, ako je elektrolytická separácia látok, korózia, alebo ako v prípade Becquerelových experimentov, na pozorovanie vzťahov medzi svetlom a elektrickým prúdom.

V Becquerelovom prípade bola mokrá elektrolytická bunka tvorená dvoma striebornými platňami umiestnenými v elektrolyte, a keď na ne dopadalo svetlo, vyvolávalo zvýšenie elektrického prúdu. Tento jav ukázal, že svetlo môže ovplyvniť tok elektrónov, čo viedlo k objavu fotovoltického javu. Tento objav, ktorý Becquerel nazval „fotogalvanický jav“, položil základy pre vývoj modernej fotovoltaickej technológie a solárnych panelov, ktoré sa dnes používajú po celom svete ako dôležité zdroje obnoviteľnej energie.

Albert Einstein významne prispel k pochopeniu fotovoltického javu v roku 1905, keď publikoval prácu, ktorá vysvetlila fotoelektrický jav, za čo neskôr v roku 1921 získal Nobelovu cenu za fyziku. Pred Einsteinovým vysvetlením bol fotoelektrický jav ťažko zrozumiteľný pomocou tradičných vĺn svetla. Einstein však ukázal, že svetlo má dvojitú povahu – môže sa správať ako vlna aj ako častica, čím položil základy kvantovej teórie. 

Bell Laboratories zohrali kľúčovú úlohu vo vývoji modernej fotovoltaickej technológie. V roku 1954 vedci Daryl Chapin, Calvin Fuller a Gerald Pearson v Bell Labs vyvinuli prvý praktický fotovoltaický článok, ktorý bol schopný priamo premieňať slnečné svetlo na elektrickú energiu s dostatočne vysokou účinnosťou.

Materiály pre fotovoltaiku

Materiály používané pre fotovoltaické články sú:

• Monokryštalický kremík
• Polykryštalický kremík
• Mikrokryštalický kremík
• Telurid kadmia
• Selenid/sulfid medi a india

Časová os histórie solárnych panelov

Staroveký Egypt – slnečné hodiny v roku 3500 pred Kristom
Edmond Becquerel – Fotovoltaický jav v roku 1839
Charles Edgar Fritts – Prvý komerčný solárny článok v roku 1883
Charles Edgar Fritts – Prvá inštalácia solárnych panelov na streche v roku 1884
Albert Einstein – Fotoelektrický jav – vysvetlenie v roku 1905
Bell Labs – Vytvorenie prvého moderného solárneho článku v roku 1954
NASA – Skoré aplikácie solárnych panelov v roku 1958
Vzostup slnečnej energie v roku 1973
Elliott Berman – Cenovo dostupné solárne články v roku 1976
Elon Musk a Solar City – od roku 2006