Saulės kolektoriai, taip pat žinomi kaip "saulės lustai" arba "fotoelementai" ir "saulės elementai", yra fotoelektriniai puslaidininkių lakštai, kurie naudoja saulės šviesą tiesiogiai elektros energijai gaminti. Prietaisas, kuris tiesiogiai konvertuoja saulės šviesos energiją į elektros energiją per fotoelektrinį efektą arba fotocheminį poveikį. Fizikoje jis vadinamas fotovoltiniu (fotovoltiniu, sutrumpintai kaip PV) arba fotovoltiniu trumpai. Pavieniai saulės elementai negali būti naudojami tiesiogiai kaip energijos šaltiniai. Kad būtų galima naudoti kaip energijos šaltinį, keli atskiri saulės elementai turi būti sujungti nuosekliai ir lygiagrečiai ir sandariai užsandarinti į komponentus. Jo veikimo principas yra tiesiog tas, kad saulės kolektoriai sugeria saulės šviesos energiją per dieną ir paverčia ją elektros energija ir saugo ją baterijoje, o baterija maitina saulės energijos gatvės šviesą naktį. Kodėl saulės kolektoriai gamina elektrą saulėtomis sąlygomis?
Saulės kolektoriai paprastai naudoja prietaisus, kurie reaguoja į šviesą ir gali paversti saulės šviesos energiją į elektrą. Dažniausia medžiaga yra silicis, kuris yra viena iš gausiausių medžiagų žemėje. Jis turi puslaidininkių charakteristikas, kurios sudaro pagrindą saulės kolektorių fotoelektrinio konversijos procesui.
Tačiau pirmas dalykas, kurį reikia suprasti, yra tai, kad gryno silicio laidumas yra labai prastas, ir nėra elektronų, kurie galėtų laisvai judėti kristalų struktūroje. Siekiant padidinti jo laidumą, grynas silicis paprastai yra padengtas mikroelementų priemaišomis, kad padidintų jo laidumą. Pagal šią savybę galima pagaminti skirtingus laidžius prietaisus.
Siliciui, naudojamam saulės kolektoriams gaminti iš saulės energijos gatvės šviesos, paprastai pridedama fosforo ar boro. Pridėjus boro, silicio kristalas sudarys skylę. Kadangi originalų silicio atomą supa 4 elektronai, o boro atomą supa tik 3 elektronai, skylės taip pat bus sukurtos, kai jis bus įdėtas į pradinę kristalų struktūrą. Be elektronų ši skylė yra labai nestabili ir lengvai sugeria kitus elektronus, kad sudarytų P tipo puslaidininkį.
Kai fosforo priemaišos patenka į silicio kristalus, nes aplink fosforo atomus yra 5 elektronai, papildomas elektronas bus labai aktyvus, sudarantis N tipo puslaidininkį. P tipo puslaidininkiuose yra daug skylių, o N tipo puslaidininkiuose yra daug aktyvių laisvųjų elektronų. Kai du kontaktai, šie laisvieji elektronai ras skyles ir jas užpildys. Kontaktinis paviršius tarp dviejų sudarys galimą skirtumą, ty PN sankryžą. P tipo pusė yra teigiamai ir neigiamai įkrauta, o N tipo pusė yra teigiamai įkrauta.
Kai gaunama šviesa, šviesoje esanti energija bus perkelta į puslaidininkį. Ši energija atlaisvins elektronų struktūrą ir laisvai judės. Taip yra todėl, kad saulės šviesos energija pašalins elektronus ir skyles. Normaliomis aplinkybėmis fotonas su tam tikra energija išlaisvins elektroną, kuris tiesiog sudaro laisvą skylę. Jei tai atsitiks šalia kontaktinio paviršiaus, o kai juos pritrauks įmontuotas elektrinis laukas, elektronai tekės į n zoną, o skylės tekės į P zoną, sudarydamos srovę iš N tipo zonos į P tipo zoną. Susidaro akumuliatoriaus elektrinė. Elektros energiją sudaro įtampa, kuri naudojama įkrovimui.
Tačiau reikia pažymėti, kad puslaidininkiai nėra geri elektros laidininkai, o elektronai teka per P-N sankryžą ir tada teka puslaidininkyje, o tai sukels daug nuostolių. Todėl viršutinis sluoksnis paprastai padengiamas metalu. Tačiau, jei jis yra visiškai nudažytas, tai sukels saulės šviesą. Įprastomis aplinkybėmis P-N sankryžai padengti naudojamas metalinis tinklelis. Kitas dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį, yra tai, kad silicio paviršius yra labai atspindintis. Jei jis nebus gydomas, atsispindės didelis saulės spindulių kiekis. Norėdami išspręsti šią problemą, saulės energijos gatvės šviesos gamintojas paprastai saulės kolektoriuje pridės mažo atspindžio koeficiento apsauginės plėvelės sluoksnį. Nuostoliai, kuriuos sukelia atspindys, bus kontroliuojami per 5%.
