Proračun fotonaponskog sistema. Fotonaponska konverzija solarne energije Faktori koji utiču na efikasnost fotonaponskih ćelija

Efikasno pretvaranje slobodnih sunčevih zraka u energiju koja se može koristiti za napajanje domova i drugih objekata je njegovani san mnogih apologeta zelene energije.

Ali princip rada solarne baterije i njena efikasnost su takvi da o visokoj efikasnosti ovakvih sistema još ne treba govoriti. Bilo bi lijepo imati vlastiti dodatni izvor električne energije. Nije li? Štaviše, i danas se u Rusiji, uz pomoć solarnih panela, značajan broj privatnih domaćinstava uspješno snabdijeva „besplatnom“ električnom energijom. Još uvijek ne znate odakle početi?

U nastavku ćemo vam reći o dizajnu i principima rada solarnog panela, saznaćete o čemu zavisi efikasnost solarnog sistema. A videozapisi objavljeni u članku pomoći će vam da sastavite solarnu ploču od fotoćelija vlastitim rukama.

Ima dosta nijansi i zbrke u temi „solarne energije“. Često je početnicima u početku teško razumjeti sve nepoznate pojmove. Ali bez toga, nerazumno je baviti se solarnom energijom, kupovinom opreme za generiranje "solarne" struje.

Nesvjesno, ne samo da možete odabrati pogrešan panel, već ga jednostavno spaliti prilikom povezivanja ili izvući premalo energije iz njega.

Galerija slika

Maksimalni povrat od solarnog panela može se postići samo ako se zna kako radi, od kojih se komponenti i sklopova sastoji i kako je sve ispravno povezano

Druga nijansa je koncept pojma "solarna baterija". Obično se riječ "baterija" odnosi na neku vrstu električnog uređaja za pohranu. Ili vam padne na pamet banalni radijator za grijanje. Međutim, u slučaju solarnih baterija situacija je radikalno drugačija. Ne akumuliraju ništa u sebi.

Fotoelektrična metoda pretvaranja sunčeve energije u električnu bazira se na fenomenu fotoelektričnog efekta – oslobađanja elektrona provodljivosti u prijemniku zračenja pod utjecajem kvanta sunčevog zračenja.

Ovaj efekat se koristi u poluvodičkim materijalima, u kojima je energija kvanta zračenja hn stvara, na primjer, na str–n- fotostrujni prelaz

I f=eN e,

Gdje N e– broj elektrona koji stvaraju potencijalnu razliku na spoju, zbog čega će struja curenja teći na spoju u suprotnom smjeru I, jednak fotostruji, koja je konstantna.

Gubici energije tokom fotoelektrične konverzije nastaju zbog nepotpune upotrebe fotona, kao i rasejanja, otpora i rekombinacije već generisanih provodljivih elektrona.

Najčešće industrijski proizvedene solarne ćelije (fotoćelije) su silikonske ćelije u obliku pločice. Postoje i drugi tipovi i dizajni koji se razvijaju kako bi se poboljšala efikasnost i smanjila cijena solarnih ćelija.

Debljina solarne ćelije zavisi od njene sposobnosti da apsorbuje sunčevo zračenje. Poluprovodnički materijali kao što su silicijum, galijum arsenid itd. se koriste jer počinju da apsorbuju sunčevo zračenje dovoljno duge talasne dužine, i mogu pretvoriti značajan deo u električnu energiju. Apsorpcija sunčevog zračenja raznim poluvodičkim materijalima dostiže najveću vrijednost kada je debljina ploča od 100 do 1 mikrona ili manje.

Smanjenje debljine solarnih ćelija može značajno smanjiti potrošnju materijala i troškove njihove proizvodnje.

Razlike u kapacitetu apsorpcije poluvodičkih materijala objašnjavaju se razlikama u njihovoj atomskoj strukturi.

Efikasnost pretvaranja sunčeve energije u električnu nije visoka. Za elemente silikona ne više od 12...14%.

Da bi se povećala efikasnost solarnih ćelija, na prednjoj strani solarne ćelije koriste se antirefleksni premazi. Kao rezultat, povećava se udio prenijetog sunčevog zračenja. Za elemente bez premaza gubici refleksije dostižu 30%.

Nedavno se za proizvodnju solarnih ćelija koristio niz novih materijala. Jedan od njih je amorfni silicijum, koji, za razliku od kristalnog silicijuma, nema pravilnu strukturu. Za amorfnu strukturu, vjerovatnoća apsorpcije fotona i prijelaza u pojas provodljivosti je veća. Zbog toga ima veći upijajući kapacitet. Takođe se koristi galijum arsenid (GaAs). Teorijska efikasnost elemenata na bazi GaAs može dostići 25%, a stvarni elementi imaju efikasnost od oko 16%.

Tehnologija tankoslojnih solarnih ćelija se razvija. Unatoč činjenici da efikasnost ovih elemenata u laboratorijskim uvjetima ne prelazi 16%, oni imaju nižu cijenu. Ovo je posebno vrijedno za smanjenje troškova i potrošnje materijala u masovnoj proizvodnji. U SAD-u i Japanu tankoslojni elementi se proizvode na amorfnom silicijumu površine 0,1 ... 0,4 m 2 sa efikasnošću od 8 ... 9%. Najčešća tankoslojna solarna ćelija su ćelije kadmijum sulfida (CdS) sa efikasnošću od 10%.

Još jedan napredak u tehnologiji tankoslojnih solarnih ćelija bila je proizvodnja višeslojnih ćelija. Oni vam omogućavaju da pokrijete većinu spektra sunčevog zračenja.

Aktivni materijal solarne ćelije je prilično skup. Radi efikasnijeg korišćenja, solarno zračenje se prikuplja na površini solarne ćelije pomoću sistema za koncentraciju (slika 2.7).

Kako se fluks zračenja povećava, karakteristike elementa se ne pogoršavaju ako se njegova temperatura održava na razini temperature okolnog zraka korištenjem aktivnog ili pasivnog hlađenja.

Postoji veliki broj sistema koncentriranja baziranih na sočivima (obično ravna Fresnelova sočiva), ogledalima, totalnim unutrašnjim refleksijskim prizmama itd. Ako dođe do vrlo neravnomjernog zračenja solarnih ćelija ili modula, to može dovesti do uništenja solarne ćelije.

Upotreba sistema za koncentraciju omogućava smanjenje troškova solarnih elektrana, jer su elementi za koncentraciju jeftiniji od solarnih ćelija.

Kako je cijena solarnih ćelija pala, postala je moguća izgradnja velikih fotonaponskih instalacija. Do 1984. godine izgrađeno je 14 relativno velikih solarnih elektrana kapaciteta od 200 kW do 7 MW u SAD-u, Italiji, Japanu, Saudijskoj Arabiji i Njemačkoj.

Solarna fotonaponska instalacija ima niz prednosti. Koristi čist i neiscrpan izvor energije, nema pokretnih dijelova i stoga ne zahtijeva stalni nadzor osoblja za održavanje. Solarne ćelije se mogu proizvoditi u masovnim količinama, što će smanjiti njihovu cijenu.

Solarne baterije se sklapaju od solarnih modula. Istovremeno, postoji veliki izbor tipova i veličina ovih uređaja sa istom efikasnošću konverzije energije i istom tehnologijom proizvodnje.

Budući da je opskrba solarnom energijom periodična, najracionalnije je fotonaponske sisteme uključiti u hibridne elektrane koje koriste i sunčevu energiju i prirodni plin. Nova generacija gasnih turbina mogla bi da se koristi na ovim stanicama. Hibridne elektrane male snage koje se sastoje od fotonaponskih panela i dizel generatora već su pouzdani dobavljači energije.

Kraj rada -

Ova tema pripada sekciji:

Katedra za industrijsku termoenergetiku.. bilješke sa predavanja za predmet Nivie Gribanov A.. tekst je štampan..

Ako vam je potreban dodatni materijal na ovu temu, ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučujemo da koristite pretragu u našoj bazi radova:

Šta ćemo sa primljenim materijalom:

Ako vam je ovaj materijal bio koristan, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:

Sve teme u ovoj sekciji:

Energetski resursi planete
Energetski resursi su materijalni objekti u kojima je energija koncentrisana. Energija se može grubo podijeliti na vrste: hemijska, mehanička, termička, električna itd. Na osnovne energetske resurse od

Mogućnosti korištenja energetskih resursa
Termonuklearna energija Termonuklearna energija je energija fuzije helijuma iz deuterija. Deuterijum je atom vodonika čije se jezgro sastoji od jednog protona i jednog neutra

Energetski resursi Rusije
Rusija ima ogromne rezerve energetskih resursa i posebno uglja. Teoretski potencijal su rezerve goriva koje nisu posebno provjerene. Tehnička moć

Proizvodnja energije u termoelektranama
Kao iu većini zemalja svijeta, većina električne energije u Rusiji se proizvodi u termoelektranama koje sagorevaju fosilna goriva. Kao gorivo u termoelektranama koriste se čvrsta, tečna i gasovita goriva.

Promjenjivi raspored potrošnje energije
Potrošnja električne energije nije ista tokom dana. U špicu se naglo povećava, a noću značajno smanjuje. Dakle, elektroenergetski sistem mora imati osnovne kapacitete koji rade u p.

Problemi u prijenosu električne energije
Prijenos električne energije na velike udaljenosti povezan je s gubicima u dalekovodima. Električna energija se gubi jednaka umnošku struje i električne energije. otpor žice. Prenosi se žicom

Plinska turbina i plinska postrojenja s kombiniranim ciklusom (GTU i CCGT)
Trenutno su plinska turbina i plinska postrojenja kombiniranog ciklusa najperspektivnija od svih instalacija za proizvodnju toplinske i električne energije. Upotreba ovih instalacija u mnogim zemljama

Magnetohidrodinamičke jedinice (MGDU)
Obećavajuće je i korištenje elektrana na bazi magnetohidrodinamičkog generatora. Ciklus MGDU je isti kao kod plinske turbine, tj. adijabatska kompresija i ekspanzija radnog fluida, izobarično napajanje

Gorivne ćelije
Trenutno se gorivne ćelije koriste za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije. Ovi elementi pretvaraju energiju hemijskih reakcija u električnu energiju. Hemijski

Toplotne pumpe
HP se nazivaju uređaji koji rade na obrnutom termodinamičkom ciklusu i dizajnirani su za prijenos topline iz izvora energije s niskim potencijalom na izvor visokog potencijala. Drugi zakon

Mjesto male energije u ruskom energetskom sektoru
Netradicionalni izvori energije uključuju male hidroelektrane, dizel elektrane, plinske klipne elektrane i male nuklearne elektrane. Garant pouzdanog napajanja, topline

Plinske turbine i male elektrane kombiniranog ciklusa
Gasnoturbinske elektrane male snage su kompaktne instalacije proizvedene po principu blok-kontejner. Komponente gasnoturbinske elektrane omogućavaju proizvodnju ne samo električne energije, već i

Mini CHP
Trenutno je povećan interes za kombinovanu proizvodnju toplotne i električne energije pomoću malih postrojenja snage od nekoliko desetina kW do nekoliko

Dizel elektrane
U nekim teško dostupnim regijama Rusije, gdje je neisplativo postavljati dalekovode, benzinske i dizel elektrane se koriste za opskrbu energijom stanovništva ovih područja. U krajevima krajnjeg sjevera broj

Elektrane sa plinskim klipom
Jer Budući da cijene dizel goriva konstantno rastu, korištenje dizel elektrana na dizel gorivo postaje sve skupo, zbog čega trenutno postoji veliko interesovanje za

Male hibridne elektrane
Za povećanje pouzdanosti i efikasnosti sistema napajanja potrebno je stvaranje multifunkcionalnih energetskih kompleksa (MEC). Također, kompleksi se mogu kreirati na bazi malih hibridnih električnih

Male nuklearne elektrane
U posljednje vrijeme postoji veliko interesovanje za nuklearne elektrane male snage. Ovo su blok projektirane stanice; one vam omogućavaju da objedinite opremu i radite autonomno. Takve stanice mogu biti pouzdane

Mala hidroelektrana
Lider u razvoju malih hidroelektrana je Kina. Kapacitet malih hidroelektrana (MHE) u Kini premašuje 20 hiljada MW. U Indiji, instalirani kapacitet mHE premašuje 200 MW. Široka upotreba mHE

Osnovni neobnovljivi izvori energije će prije ili kasnije biti iscrpljeni. Trenutno, oko 80% potrošnje energije na planeti dolazi od fosilnih goriva. Kada se koristi na ovaj način, organski

Hidroenergija
Hidroelektrana kao izvor energije koristi energiju protoka vode. Hidroelektrane se grade na rijekama izgradnjom brana i akumulacija. Za efikasnu proizvodnju energije u hidroelektranama potrebna su 2 glavna faktora

Solarna energija
Sunčeva energija je rezultat reakcije fuzije između jezgara lakih elemenata deuterijuma, tricijuma i helijuma, koje su praćene ogromnim količinama energije. Izvor sve energije, sa izuzetkom

Pretvaranje solarne energije u toplotnu energiju
Sunčeva energija se može pretvoriti u toplotnu pomoću kolektora. Svi solarni kolektori imaju površinski ili volumetrijski apsorber topline. Toplota se može ukloniti iz kolektora ili uskladištiti

Termodinamička konverzija sunčeve energije u električnu energiju
Metode za termodinamičku konverziju sunčeve energije u električnu energiju zasnivaju se na ciklusima toplotnih motora. Sunčeva energija se u solarnim elektranama pretvara u električnu (

Izgledi za razvoj solarne energije u Rusiji
1985. godine, u selu Ščelkino, Krimska oblast, puštena je u rad prva solarna elektrana tipa tornja u SSSR-u, SES-5, električne snage 5 MW. 1600 heliostata (ravna zrna

Osobine korištenja energije vjetra
Glavni uzrok vjetra je neravnomjerno zagrijavanje zemljine površine od sunca. Energija vjetra je veoma jaka. Prema procjenama Svjetske meteorološke organizacije, rezerve energije vjetra

Proizvodnja električne energije pomoću vjetroturbina
Korištenje vjetroturbina za proizvodnju električne energije je najefikasniji način pretvaranja energije vjetra. Prilikom projektovanja vjetroturbina potrebno je uzeti u obzir njihove sljedeće karakteristike

Energija vjetra u Rusiji
Energetski potencijal Rusije procjenjuje se na 40 milijardi kW. h električne energije godišnje, odnosno oko 20.000 MW. Vetroelektrana kapaciteta 1 MW sa prosečnom godišnjom brzinom vetra od 6 m/s štedi 1

Poreklo geotermalne energije
U Zemljinom jezgru temperature dostižu 4000 °C. Oslobađanje topline kroz čvrste stijene kopna i oceanskog dna događa se uglavnom zbog toplinske provodljivosti i, rjeđe, u obliku konvektivnih tokova rastopljene tekućine.

Tehnika geotermalne ekstrakcije topline
Izvori geotermalne energije mogu se podijeliti u pet tipova. 1. Izvori geotermalne suhe pare. Prilično su rijetki, ali su najpogodniji za izgradnju geotermalnih elektrana. 2. Izvor

Struja
Pretvaranje geotermalne energije u električnu energiju vrši se mašinskom metodom pomoću termodinamičkog ciklusa u geotermalnoj elektrani. Za izgradnju geotermalnih elektrana, najviše se koriste

Obim upotrebe geotermalne toplote za grejanje i snabdevanje toplom vodom je značajniji. Ovisno o kvaliteti i temperaturi termalne vode, postoje različite geotermalne sheme

Utjecaj geotermalne energije na okoliš
Glavni uticaj GeoTPP na životnu sredinu povezan je sa razvojem polja, izgradnjom zgrada i parovoda. Da bih GeoTES-u obezbedio potrebnu količinu pare ili tople vode, potreban mi je

Geotermalna energija u Rusiji
U Rusiji je istraženo 47 geotermalnih ležišta sa rezervama termalnih voda, koje omogućavaju dobijanje više od 240 × 103 m3/dan. termalne vode, a proizvode parne hidroterme

Uzroci valunga
Plima i oseka su rezultat gravitacijske interakcije Zemlje sa Mjesecom i Suncem. Mjesečeva plimna sila u datoj tački zemljine površine određena je kao razlika u lokalnoj vrijednosti gravitacijske sile

Plimne elektrane (TE)
Voda podignuta na maksimalnu visinu tokom plime može se odvojiti od mora branom. Kao rezultat, formira se plimni bazen. Maksimalna snaga koja se može dobiti prolaskom

Uticaj PES-a na životnu sredinu
Mogući ekološki uticaji elektrana na plimu i oseku mogu biti povezani sa povećanim rasponima plime i oseke na okeanskoj strani brane. To može dovesti do poplave zemljišta i objekata

Energija plime i oseke u Rusiji
U Rusiji je upotreba energije plime i oseke u obalnim zonama Arktika i Tihog okeana povezana s velikim kapitalnim investicijama. Prva elektrana u našoj zemlji Kislogubska TE

Energija talasa
Od morskih valova možete dobiti ogromnu količinu energije. Snaga koju valovi prenose kroz duboku vodu proporcionalna je kvadratu njihove amplitude i perioda. Najveći interes su dugi

Energija okeanskih struja
Čitavo vodeno područje Svjetskog okeana presijecaju površinske i duboke struje. Rezerva kinetičke energije ovih struja je oko 7,2∙1012 kW∙h/god. Ova energija uz pomoć

Okeanski termalni energetski resursi
Svjetski okeani su prirodni akumulator sunčeve energije. U tropskim morima gornji sloj vode debljine nekoliko metara ima temperaturu od 25...30 °C. Na dubini od 1000 m temperatura vode je

Okeanske termoelektrane
Predlaže se nekoliko vrsta uređaja za pretvaranje energije promjena temperature u oceanu. Najveći interes je pretvaranje toplotne energije u električnu energiju pomoću termodinamike

Resursi biomase
Izraz "biomasa" odnosi se na organsku tvar biljnog ili životinjskog porijekla koja se može koristiti za proizvodnju energije ili tehnički pogodnih goriva

Termohemijska konverzija biomase (sagorevanje, piroliza, gasifikacija)
Jedan od glavnih pravaca reciklaže drvnog otpada je njegovo korištenje za proizvodnju toplinske i električne energije. Glavne tehnologije za dobijanje energije iz drvnog otpada su:

Biotehnološka konverzija biomase
Biotehnološka konverzija koristi različiti organski otpad sa sadržajem vlage od najmanje 75%. Biološka konverzija biomase se razvija u dva glavna pravca: 1) farma

Ekološki problemi bioenergije
Bioenergetska postrojenja pomažu u smanjenju zagađenja okoliša od svih vrsta otpada. Anaerobna fermentacija nije samo efikasan način korištenja životinjskog otpada

Karakteristike komunalnog čvrstog otpada (MSW)
Stotine hiljada tona kućnog otpada akumulira se na gradskim deponijama svake godine. Specifična godišnja proizvodnja čvrstog otpada po stanovniku modernog grada je 250...700 kg. U razvijenim zemljama ova vrijednost je e

Reciklaža čvrstog otpada na deponijama
Trenutno se komunalni čvrsti otpad obično odvozi na deponije uz očekivanje njihove naknadne mineralizacije. Preporučljivo je da se čvrsti otpad zbije prije odlaganja. Ovo ne samo da smanjuje

Kompostiranje čvrstog otpada
Drugi pravac zbrinjavanja čvrstog otpada je prerada u organsko đubrivo (kompost). Do 60% ukupne mase kućnog otpada može se kompostirati. Proces kompostiranja se odvija u rotaciji

Spaljivanje čvrstog otpada u specijalnim postrojenjima za spaljivanje otpada
U ekonomski razvijenim zemljama sve veća količina čvrstog otpada se prerađuje industrijskim metodama. Najefikasniji od njih je termički. Omogućava vam smanjenje količine otpada za skoro 10 puta

Dragi čitaoci! Srećnu Novu godinu i Božić želi Vam ekipa biblioteke! Vama i vašim porodicama od srca želimo sreću, ljubav, zdravlje, uspjeh i radost!
Neka vam naredna godina pruži blagostanje, međusobno razumijevanje, harmoniju i dobro raspoloženje.
Sretno, prosperitet i ispunjenje vaših najdražih želja u novoj godini!

Testirajte pristup EBS Ibooks.ru

Dragi čitaoci! Do 31. decembra 2019. našem univerzitetu je omogućen probni pristup EBS Ibooks.ru, gdje se možete upoznati sa bilo kojom knjigom u načinu čitanja punog teksta. Pristup je moguć sa svih računara u mreži univerziteta. Za dobijanje daljinskog pristupa potrebna je registracija.

"Genrik Osipovič Graftio - na 150. godišnjicu rođenja"

Dragi čitaoci! U rubrici „Virtuelne izložbe“ nalazi se nova virtuelna izložba „Henrik Osipovič Graftio“. 2019. godine navršava se 150 godina od rođenja Genriha Osipoviča, jednog od osnivača hidroenergetske industrije u našoj zemlji. Enciklopedista naučnik, talentovani inženjer i izvanredan organizator, Genrikh Osipovič dao je ogroman doprinos razvoju domaće energetike.

Izložbu su pripremili službenici Odjeljenja za naučnu literaturu biblioteke. Izložba predstavlja radove Genriha Osipoviča iz fonda istorije LETI i publikacije o njemu.

Izložbu možete pogledati

Testirajte pristup sistemu elektronske biblioteke IPRbooks

Dragi čitaoci! Od 8. novembra 2019. do 31. decembra 2019. godine, našem univerzitetu je omogućen besplatan probni pristup najvećoj ruskoj bazi podataka punog teksta - Sistemu elektronske biblioteke IPR BOOKS. EBS IPR BOOKS sadrži više od 130.000 publikacija, od kojih su više od 50.000 jedinstvene obrazovne i naučne publikacije. Na platformi imate pristup trenutnim knjigama koje se ne mogu pronaći u javnom vlasništvu na internetu.

Pristup je moguć sa svih računara u mreži univerziteta.

Da biste dobili daljinski pristup, morate se obratiti odjelu za elektronske resurse (soba 1247) administrator VChZ Polina Yurievna Skleymova ili putem e-pošte [email protected] sa temom "Upis u knjige intelektualne svojine".

Mnogi od nas su se na ovaj ili onaj način susreli sa solarnim ćelijama. Neko je koristio ili koristi solarne panele za proizvodnju električne energije za kućne potrebe, neko koristi mali solarni panel za punjenje svog omiljenog uređaja na terenu, a neko je sigurno video malu solarnu ćeliju na mikrokalkulatoru. Neki su čak imali sreće da posjete.

Ali jeste li ikada razmišljali o tome kako se odvija proces pretvaranja sunčeve energije u električnu energiju? Koji fizički fenomen leži u osnovi rada svih ovih solarnih ćelija? Okrenimo se fizici i razumijemo proces generiranja do detalja.

Od samog početka je očigledno da je izvor energije ovdje sunčeva svjetlost, odnosno, naučno rečeno, dobijena je zahvaljujući fotonima sunčevog zračenja. Ovi fotoni se mogu zamisliti kao tok elementarnih čestica koje se neprekidno kreću od Sunca, od kojih svaka ima energiju, pa stoga cijeli svjetlosni tok nosi neku vrstu energije.

Sa svakog kvadratnog metra površine Sunca neprekidno se emituje 63 MW energije u obliku zračenja! Maksimalni intenzitet ovog zračenja pada u opsegu vidljivog spektra - .

Dakle, naučnici su utvrdili da gustoća energije toka sunčeve svjetlosti na udaljenosti od Sunca do Zemlje od 149.600.000 kilometara, nakon prolaska kroz atmosferu i po dolasku na površinu naše planete, u prosjeku iznosi približno 900 W po kvadratnom metru.

Ovdje možete prihvatiti ovu energiju i pokušati iz nje dobiti električnu energiju, odnosno pretvoriti energiju svjetlosnog toka Sunca u energiju kretanja nabijenih čestica, drugim riječima, u.

Za pretvaranje svjetlosti u električnu energiju nam je potrebna fotoelektrični pretvarač. Takvi pretvarači su vrlo česti, dostupni su u slobodnoj prodaji, to su takozvane solarne ćelije - fotoelektrični pretvarači u obliku vafla izrezanih od silicija.

Najbolji su monokristalni, imaju efikasnost od oko 18%, odnosno, ako fluks fotona od sunca ima gustinu energije od 900 W/m2, onda možete računati da ćete dobiti 160 W električne energije po kvadratnom metru baterija sastavljena od takvih ćelija.

Ovdje je na djelu fenomen koji se zove “foto efekat”. Fotoelektrični efekat ili fotoelektrični efekat- ovo je fenomen emisije elektrona od strane tvari (fenomen izbacivanja elektrona iz atoma tvari) pod utjecajem svjetlosti ili bilo kojeg drugog elektromagnetnog zračenja.

Još 1900. godine Max Planck, otac kvantne fizike, predložio je da se svjetlost emituje i apsorbira u pojedinačnim dijelovima ili kvantima, što je kasnije, naime 1926. godine, hemičar Gilbert Lewis nazvao "fotoni".

Svaki foton ima energiju, koja se može odrediti formulom E = hv - Plankova konstanta pomnožena frekvencijom zračenja.

U skladu sa idejom Maxa Plancka, fenomen koji je 1887. otkrio Hertz, a potom temeljito proučavan od 1888. do 1890. od strane Stoletova, postao je objašnjiv. Aleksandar Stoletov je eksperimentalno proučavao fotoelektrični efekat i ustanovio tri zakona fotoelektričnog efekta (Stoletovljevi zakoni):

Sa konstantnim spektralnim sastavom elektromagnetnog zračenja koje pada na fotokatodu, fotostruja zasićenja je proporcionalna energetskom osvjetljenju katode (drugim riječima: broj fotoelektrona koji su izbačeni iz katode u 1 s je direktno proporcionalan intenzitetu zračenja) .

Maksimalna početna brzina fotoelektrona ne zavisi od intenziteta upadne svetlosti, već je određena samo njenom frekvencijom.

Za svaku tvar postoji crvena granica fotoelektričnog efekta, odnosno minimalna frekvencija svjetlosti (ovisno o kemijskoj prirodi tvari i stanju površine), ispod koje je fotoelektrični efekat nemoguć.

Kasnije, 1905. godine, Ajnštajn je razjasnio teoriju fotoelektričnog efekta. On će pokazati kako kvantna teorija svjetlosti i zakon održanja i transformacije energije savršeno objašnjavaju ono što se događa i što se promatra. Ajnštajn je zapisao jednačinu fotoelektričnog efekta, za koju je dobio Nobelovu nagradu 1921:

Radna funkcija A ovdje je minimalni rad koji elektron treba da uradi da bi napustio atom supstance. Drugi član je kinetička energija elektrona nakon izlaska.

To jest, foton se apsorbira od strane elektrona atoma, zbog čega se kinetička energija elektrona u atomu povećava za količinu energije apsorbiranog fotona.

Dio ove energije troši se na izlazak elektrona iz atoma, elektron napušta atom i može se slobodno kretati. A elektroni koji se kreću u smjeru nisu ništa drugo do električna struja ili fotostruja. Kao rezultat toga, možemo govoriti o pojavi EMF-a u tvari kao rezultat fotoelektričnog efekta.

To je, Solarna baterija radi zahvaljujući fotoelektričnom efektu koji djeluje u njoj. Ali gdje idu “izbijeni” elektroni u fotonaponskom pretvaraču? Fotoelektrični pretvarač ili solarna ćelija ili fotoćelija je, dakle, fotoelektrični efekat u njemu nastaje na neobičan način, to je unutrašnji fotoefekt, pa čak ima i poseban naziv „fotoefekt ventila“.

Pod uticajem sunčeve svetlosti u p-n spoju poluprovodnika nastaje fotoelektrični efekat i pojavljuje se emf, ali elektroni ne napuštaju fotoćeliju, sve se dešava u blokirnom sloju, kada elektroni napuste jedan deo tela, prelazeći u drugi deo od toga.

Silicijum u zemljinoj kori čini 30% njene mase, zbog čega se koristi svuda. Posebnost poluvodiča općenito je u tome što nisu ni provodnici ni dielektrici; njihova provodljivost ovisi o koncentraciji nečistoća, o temperaturi i o izloženosti zračenju.

Pojasni pojas u poluprovodniku je nekoliko elektron-volti, a to je upravo razlika u energiji između gornjeg nivoa valentnog pojasa atoma iz kojeg izlaze elektroni i donjeg nivoa vodljivog pojasa. U silicijumu, pojas ima širinu od 1,12 eV - upravo ono što je potrebno za apsorpciju sunčevog zračenja.

Dakle, p-n spoj. Dopirani slojevi silicijuma u fotoćeliji formiraju p-n spoj. Ovdje se stvara energetska barijera za elektrone; oni napuštaju valentni pojas i kreću se samo u jednom smjeru; rupe se kreću u suprotnom smjeru. Tako se stvara struja u solarnoj ćeliji, odnosno električna energija se proizvodi od sunčeve svjetlosti.

Pn spoj izložen fotonima ne dozvoljava nosiocima naboja - elektronima i rupama - da se kreću drugačije osim u jednom smjeru; oni se odvajaju i završavaju na suprotnim stranama barijere. I budući da je povezan na strujni krug preko gornje i donje elektrode, fotoelektrični pretvarač, kada je izložen sunčevoj svjetlosti, stvarat će se u vanjskom kolu.