Fungování slunečních elektráren

Elektřinu lze získat ze sluneční energie přímo i nepřímo. Přímá přeměna využívá fotovoltaického jevu, při kterém se v určité látce působením světla uvolňují elektrony, nepřímá je založena na získání tepla.

Zástupcem přímého získávání elektřiny z energie Slunce jsou sluneční články. K jejich výrobě se užívá polovodičových materiálů. Polovodič může mít vodivost buď typu N způsobenou přítomností příměsí dodávajících volné elektrony (negativní nosiče náboje), nebo typu P spojenou s přítomností příměsí zachycující elektrony, po kterých v polovodiči zbudou „volná místa“, jež se chovají jako kladné (pozitivní) nosiče náboje. Díky vlastnostem obou polovodičů vzniká na rozhraní mezi nimi na tzv. P-N přechodu samovolně rozdíl potenciálů, přičemž polovodič typu N je kladný, P záporný. Dopadne-li do oblasti přechodu světelné kvantum, předá svou energii látce: některý elektron díky tomu přejde na vyšší energetickou hladinu a zanechá za sebou „volné místo“, které se chová jako kladný náboj. Oba náboje z vytvořeného páru se v důsledku difuzního rozdílu potenciálů od sebe oddělí – elektron je přitahován do oblasti typu N, „volné místo“ opačným směrem. Dopadá-li na článek proud světla, je těchto nábojů mnoho, vzniká na něm napětí a při uzavřeném elektrickém obvodu protéká proud.

Fotovoltaický článek je tvořen nejčastěji tenkou destičkou z monokrystalu křemíku, použít lze i polykrystalický materiál. Destička je z jedné strany obohacena atomy trojmocného prvku (např. bóru), z druhé strany atomy pětimocného prvku (např. arzenu). Jeden čtvereční centimetr dává proud okolo 12 mW (miliwattů). Jeden metr čtvereční slunečních článků může v letní poledne vyrobit až 150 W stejnosměrného.proudu. Abychom dosáhli potřebného napětí (na jednom článku je 0,5 V), zapojují se sluneční články za sebou, větší proud získáme zapojením vedle sebe. Spojením mnoha článků vedle sebe a za sebou vzniká sluneční panel. Rozměry jednoho článku jsou asi 10 × 10 cm, spojují se do panelů o výkonech od 10 do 300 W.

Nepřímá přeměna je založena na získání tepla pomocí slunečních sběračů. V ohnisku sběračů umístíme termočlánky, které mění teplo v elektřinu. Termoelektrická přeměna spočívá v tzv. Seebeckově jevu (v obvodu ze dvou různých vodičů vzniká elektrický proud, pokud jejich spoje mají různou teplotu). Jednoduché zařízení ze dvou různých vodičů na koncích spojených vytváří termoelektrický článek. Jeho účinnost závisí na vlastnostech obou kovů, z nichž jsou vodiče vyrobeny, a na rozdílu teplot mezi teplým a studeným spojem. Větší množství termoelektrických článků vhodně spojených se nazývá termoelektrický generátor.