Чрез фотосинтеза растенията могат да превръщат светлината в химическа енергия, а оттам и в храна. Ние, хората, нямаме листа, но също можем да да получаваме от слънцето неизчерпаема, евтина и чиста енергия чрез чудото, наречено фотоволтаици или солари.

Планетата ни получава от слънцето страшно много енергия – 173 хиляди Теравата, което е хиляди пъти повече, отколкото потребяваме. Възможно ли е постепенно да започнем да добиваме енергия само от слънцето? За да отговорим, трябва първо да разберем как соларните панели я превръщат в електричество.

Панелите се състоят от малки части, наречени клетки, направени от силиций, вторият най-разпространен елемент на земята. В кристалите силиций всеки атом е здраво съединен със съседите чрез стабилни връзки между 4-те електрона във външната орбита. В този сандвич от чист силиций не може да има движение на електрони и съответно не може да протича ток. Ето защо, в соларната клетка се използват 2 различни слоя силиций.

Горният е наречен тип N от английското Negative (отрицателен) и е примесен с фосфорни атоми. Тяхната външна орбита съдържа 1 електрон повече от силиция и той може сравнително лесно да се отдели от своя атом, ако получи енергия отвън. В долния слой пък, силицият е смесен с Bor, в чиято външна орбита има само 3 електрона, т.е. с 1 по-малко от силиция. Това оставя „дупка“, в която може да се настани свободен електрон и затова долният слой е наречен P – положителен.

Излишните електрони от отрицателния слой се опитват да се настанят в свободните дупки на положителния, но границата между слоевете тях е слабо проводима. Затова горната част на граничния слой е заредена отрицателно, а долната – положително, но между тях не протича ток.

Представете си светлината като поток от много малки и бързи частици, наречени фотони. Когато фотон удари клетката с достатъчно енергия, той избива електрони от орбитата им, което пък освобождава положително заредени „дупки“. Електрическото поле на границата между N и P слоевете принуждава електроните да поемат само нагоре, а „дупките“ – надолу.

На повърхността на соларната клетка има мрежа от тънки проводници, които се събират в кабел и се свързват с с дъното, направено от тънък алуминий. Тази пътечка от проводници позволява на електроните да започнат да се движат към дупките на другия край на кабела. А именно това тяхно движение създава прав ток. Ето защо, винаги, когато клетката е огряна от светлина, този цикъл се повтаря безкрайно.

Всяка фотоволтаична клетка създава ток с напрежение само половин волт, но те могат да се свързват помежду си, за да произвеждат повече ток. Например, група от 12 клетки може да зарежда телефон, но захранването на къща би изисквало много повече. Най-хубавото е, че електроните са единствените движещи се части в соларните панели и те винаги се връщат там, откъдето са тръгнали. Ето защо те могат да работят с десетилетия без да се изтощят или износят.

Вече разбрахме как панелите да създават прав ток, но в ежедневието ние си ползваме предимно променлив. Превръщането на правия в променлив ток се прави с помощта на уред, наречен инвертор, разположен веднага след соларните панели. Той контролира тяхната работа и управлява електрическия поток по-нататък. Инверторът може също така да препраща правия ток директно към батерии, за да бъде използван като променлив, когато панелите не работят. Или пък може да връща излишния ток към националната мрежа при сключен договор за продажба.

Някои хора твърдят, че е невъзможно да се премине само към фотоволтаици, защото те не работят през нощта, а през зимата капацитетът им пада. Това, обаче, може да се реши чрез разработка на свързани мрежи за прехвърляне на ток от местата на производство към местата за ползване. Втори начин за решаването на проблема е изграждане на достатъчно мощности за съхраняване на ток чрез батерии – електрохимически за краткосрочно и гравитационни или химически за дългосрочно. Третият, и най-напреднал засега начин, е комбиниране на панелите с други източници на възобновяема енергия, които не зависят от слънцето, например вятърни и водни електростанции. Комбинацията от тези подходи осигурява на фотоволтаиците челно място, поддържано от невероятно нарастване на мощностите всяка следваща година.

Други ВЕИ скептици пък плашат, че инсталирането на фотоволтаиците изисква стотици хиляди км2. Вярно е и на пръв поглед това изглежда доста, но само пустинята Сахара има площ близо 5 милиона км2, а пустеещите земи на планетата са стотици пъти повече от нужните.

Соларните панели вече не са чудо, а ежедневие. Заедно с другите източници на възобновяема енергия те постепенно изпращат в историята скъпата и мръсна енергетика на изкопаемите горива. А на нас ни остава да се радваме на чиста, евтина и безкрайна енергия.

Свързани статии:

Преминаването към зелена енергия е невъзможно? (статия) Еко, Ико, или и двете (статия) Митове за възобновяемата енергия (статия) Батерии (No 1) – Кому са нужни батериите? (статия)