האפקט הפוטואלקטרי צוין לראשונה בשנת 1839 על ידי פיזיקאי צרפתי בשם אדמונד בקווירל. הוא מצא כי חומרים מסוימים מייצרים כמויות קטנות של זרם חשמלי, כשהם נחשפים לאור. בשנת 1905, אלברט איינשטיין תיאר את מהות האור והאפקט הפוטואלקטרי עליו מבוססת טכנולוגיית פוטו, וזכה בפרס נובל בפיסיקה בעקבות גילוי זה.
מודול הפוטו הראשון נבנה על ידי מעבדות בל בשנת 1954. בשנת 1960 החלה תעשיית החלל לבצע את השימוש הרציני הראשון בטכנולוגיה זו על מנת לספק אנרגיה על סיפון החללית. במהלך משבר האנרגיה בשנות השבעים, זכתה טכנולוגיית פוטו להכרה כמקור כוח ליישומים שאינם חלליים.
תאים סולאריים, המכונים אף תאים פוטו וולטאים, ממירים את אור השמש ישירות לחשמל. התהליך קיבל את שמו באמצעות תהליך הפיכת אור (פוטונים) לחשמל (מתח), הנקרא אפקט פוטו וולטאי. כיום מופעלים אלפי בתים במערכות סולאריות המבוססות על אנרגיה פוטו וולטאית.
גם חברות שירות משתמשות בטכנולוגיה זו להפעלת תחנות כוח גדולות. פנלים סולאריים המשמשים לתחנות כוח ועסקים מורכבים בדרך כלל מתאים סולאריים המשולבים לתוך מודולים המחזיקים כארבעים תאים. בית ממוצע משתמש בעשרה עד עשרים פנלים סולאריים בממוצע.
אופן פעולת אנרגיה פוטו וולטאית
אנרגיה פוטו וולטאית היא המרה ישירה של אור שמש טבעי לחשמל. חומרים מסוימים הידועים כאפקט פוטואלקטרי, גורמים לקרני השמש לספוג פוטונים של אור ולשחרר אלקטרונים. כשאלקטרונים חופשיים אלו נלכדים, התוצאות המתקבלות הן זרמים חשמליים היכולים לשמש כחשמל.
אנרגיה פוטו וולטאית היא אנרגיה המורכבת מתאים בעלי לפחות שתי שכבות של מוליכים למחצה. שכבה אחת מכילה מטען חיובי, והשכבה השנייה מכילה מטען שלילי. כשמספיק פוטונים נספגים על ידי השכבה השלילית של תא הפוטו, משתחררים אלקטרונים מהחומר המוליך למחצה השלילי. בשל תהליך הייצור של השכבה החיובית, אלקטרונים משוחררים אלו עוברים באופן טבעי לשכבה החיובית ליצירת הפרש מתח.
אור השמש מורכב מחלקיקים הקטנים של פוטונים הנקראים אנרגיית שמש. כשתאים פוטו וולטאים נחשפים לאור השמש, הקרניים משתקפות דרך מרבית הפוטונים, עוברות דרכן או נספגות על ידי התאים הסולאריים.
כשאנרגיית אור פוגעת בתא הסולארי, משתחררים אלקטרונים מהאטומים בחומרים המוליכים למחצה. אם מוליכי חשמל מחוברים לצדדים החיוביים והשליליים, ויוצרים מעגל חשמלי, ניתן ללכוד את האלקטרונים בצורת זרם חשמלי, כלומר, להמירם לחשמל המשמש לאור או כוח חשמלי.
מספר התאים הסולאריים המחברים חשמל זה לזה ומורכבים במבנה תמיכה או מסגרת, נקראים מודול פוטו, והם נועדו לספק חשמל במתח מסוים. מודולים פוטו מייצרים חשמל ישיר, ויכולים להתחבר בסדרה או בהסדרי חשמל מקבילים לייצור כל מתח נדרש.
הלוחות הקולטים את אור השמש מורכבים בזווית קבועה ופונים דרומה, או שהם מותקנים על מכשיר העוקב אחר אור השמש, ומאפשר ללכוד יותר קרני אור שמש. פנלים סולאריים רבים משולבים יחד על מנת ליצור מערכת אחת הנקראת מערך סולארי.
מרכיבי אנרגיה פוטו וולטאית
תאים סולאריים מסורתיים עשויים מסיליקון, ובנויים בדרך כלל כצלחות שטוחות יעילות ביותר. הם מכילים סרט דק המשתמש בשכבות של חומרים מוליכים למחצה. בשל גמישותם, הסרט הדק והתאים הסולאריים יכולים להיות מורכבים גם על גגות רעפים או חזיתות בניינים.
התאים הסולאריים החדשים מיוצרים ממגוון נרחב של חומרים חדשים ולא מסיליקון בלבד. הם מיוצרים בטכנולוגיות דפוס קונבנציונאליות, צבעי שמש ומוליכים פלסטיים. מספר תאים סולאריים חדשים מיוצרים מעדשות פלסטיק או ממראות על מנת לרכז את אור השמש על גבי פיסה קטנה ביותר של חומר פוטו וולטאי ביעילות גבוהה. חומר זה הוא יקר יותר, אך הוא חסכוני כשהוא משמש לשירות ותעשייה.
