Solárne panely, tiež známe ako "solárne čipy" alebo "fotočlánky" a "solárne články", sú fotoelektrické polovodičové dosky, ktoré využívajú slnečné svetlo na priamu výrobu elektriny. Zariadenie, ktoré priamo premieňa energiu slnečného svetla na elektrickú energiu prostredníctvom fotoelektrického javu alebo fotochemického javu. Vo fyzike sa tomu hovorí fotovoltika (Photovoltaic, skrátene PV), alebo skrátene fotovoltika. Jednotlivé solárne články nemožno použiť priamo ako zdroje energie. Ak chcete použiť ako zdroj energie, niekoľko jednotlivých solárnych článkov musí byť zapojených do série a paralelne a tesne utesnené do komponentov. Princíp jeho fungovania je jednoducho taký, že solárne panely počas dňa absorbujú energiu slnečného svetla a premieňajú ju na elektrickú energiu a ukladajú ju do batérie a batéria napája v noci pouličné osvetlenie solárnou energiou. Prečo teda solárne panely vyrábajú elektrinu za slnečných podmienok?
Solárne panely vo všeobecnosti používajú zariadenia, ktoré reagujú na svetlo a dokážu premieňať energiu slnečného svetla na elektrickú energiu. Najbežnejším materiálom je kremík, ktorý je jedným z najrozšírenejších materiálov na Zemi. Má polovodičové vlastnosti, ktoré sú základom procesu fotoelektrickej premeny solárnych panelov.
Prvá vec, ktorú treba pochopiť, je, že vodivosť čistého kremíka je veľmi slabá a v kryštálovej štruktúre nie sú žiadne elektróny, ktoré by sa mohli voľne pohybovať. Na zvýšenie vodivosti je čistý kremík zvyčajne dopovaný stopovými nečistotami, aby sa zvýšila jeho vodivosť. Podľa tejto charakteristiky môžu byť vyrobené rôzne vodivé zariadenia.
Do kremíka používaného na výrobu solárnych panelov pouličného osvetlenia slnečnej energie sa zvyčajne pridáva fosfor alebo bór. Keď sa pridá bór, kremíkový kryštál vytvorí dieru. Pretože pôvodný atóm kremíka je obklopený 4 elektrónmi a atóm bóru je obklopený iba 3 elektrónmi, pri jeho dopovaní do pôvodnej kryštálovej štruktúry sa vytvoria aj diery. Bez elektrónov je táto diera veľmi nestabilná a ľahko absorbuje iné elektróny a vytvorí polovodič typu P.
Keď sa fosforové nečistoty dopujú do kremíkových kryštálov, pretože okolo atómov fosforu je 5 elektrónov, extra elektrón bude veľmi aktívny a vytvorí polovodič typu N. V polovodičoch typu P je veľa dier a v polovodičoch typu N je veľa aktívnych voľných elektrónov. Keď sa tieto dva spoja, tieto voľné elektróny nájdu diery a vyplnia ich. Kontaktná plocha medzi nimi vytvorí potenciálny rozdiel, to znamená PN prechod. Strana typu P je kladne a záporne nabitá a strana typu N je nabitá kladne.
Pri príjme svetla sa energia obsiahnutá vo svetle prenesie do polovodiča. Táto energia uvoľní štruktúru elektrónov a bude sa voľne pohybovať. Je to preto, že energia slnečného svetla rozoberie elektróny a diery. Za normálnych okolností fotón s určitou energiou uvoľní elektrón, ktorý náhodou vytvorí voľnú dieru. Ak sa to stane v blízkosti kontaktného povrchu a keď sú priťahované vstavaným elektrickým poľom, elektróny budú prúdiť do zóny n a diery budú prúdiť do zóny P, čím sa vytvorí prúd zo zóny typu N do zóny P- typ zóny. Vytvára sa elektráreň batérie. Elektrina je tvorená napätím, ktoré sa používa na nabíjanie.
Treba si však uvedomiť, že polovodiče nie sú dobrými vodičmi elektriny a elektróny prúdia cez PN prechod a následne prúdia v polovodiči, čo spôsobí veľké straty. Preto je horná vrstva zvyčajne potiahnutá kovom. Ak je však úplne natretý, spôsobí to, že slnečné svetlo neprejde. Za normálnych okolností sa na prekrytie PN prechodu používa kovová mriežka. Ďalšia vec, ktorú treba poznamenať, je, že povrch kremíka je vysoko reflexný. Ak sa neošetruje, odrazí sa veľké množstvo slnečného žiarenia. Na vyriešenie tohto problému výrobca pouličného osvetlenia solárnej energie zvyčajne pridá na solárny panel vrstvu ochranného filmu s nízkym koeficientom odrazu. Strata spôsobená odrazom bude kontrolovaná do 5 percent.
