Слънчевите фотоволтаични панели са новата, по-екологична алтернатива на останалите средства за генериране на енергия, тъй като те не замърсяват околната среда и не отделят парникови газове в атмосферата, докато функционират. През годините се отбелязва значителен напредък в технологията на производство както на фотоволтаични модули, така и на батерии за съхранение на соларна енергия. Те стават все по-достъпни и ефективни, в резултат на което търсенето им драстично нараства. Соларната енергия спестява на домакинствата и бизнеса стотици хиляди левове от сметки за ток, на годишна база.

Принцип на работа на соларните панели 

Типичният слънчев панел се състои от отделни соларни клетки, всяка от които е направена от слоеве силиций, фосфор и бор. Горният слой осигурява положителен заряд, фосфорният слой осигурява отрицателен заряд, а силициевата пластина действа като полупроводник. Когато слънчевите фотони ударят повърхността на панела, той излъчва електрони чрез силициевия „сандвич“ в електрическото поле, генерирано от соларните клетки. Това води до образуване на насочен ток, който след това се впряга в използваема мощност. Този процес се нарича фотоволтаичен ефект, поради което слънчевите панели са известни още като фотоволтаични панели или PV- панели. Типичен слънчев панел съдържа 60, 72 или 90 отделни слънчеви клетки.

Това явление е открито от френския физик Антоан Бекерел през 1839 г. В своите научни твърдения той се основава на поведението на полупроводниковите материали, когато те са ударени от слънчевите лъчи. Когато фотоните на светлината влязат в контакт с тези полупроводници, те предават своята енергия на електроните и това  генерира електрическо напрежение. Силицият е най-широко използваният полупроводников материал. 

Видове фотоволтаични панели

Първо поколение (най-висок клас) соларни панели

• Монокристални панели

Монокристалните слънчеви панели са най-популярните панели, използвани най-вече в покривните соларни инсталации. Те се изработват от най-чистия силиций (монокристален силиций) по метода на полския физик Ян Чохралски – процес, при който се образува единичен силициев кристал, наречен слитък. Той се нарязва на тънки силициеви пластини, които след това се използват в соларните модули. В процеса на производство краищата на всяка силициева клетка се изрязват, за по-висока ефективност. Така еднородния тъмен цвят, заоблените ръбове и бели ромбове между всяка клетка се превръщат в отличителен белег на миникристалния соларен панел. 

По отношение на КПД, тези панели имат най-висока ефективност – до 20%. Друго тяхно преимущество е, че производителността им почти не се влияе от високи температури и други атмосферни влияния. Въпреки че цената им е най-висока в сравнение с останалите, те имат и най-дълъг експлоатационен срок – около 25 год.

• Поликристални панели

Tе са по-лесно разграничими от останалите на външен вид: имат по-светъл цвят, нехомогенна и неравномерно оцветена повърхност и краищата им не са изрязани. Произвеждат се посредством топене на суров силиций, което е по-бърз и значително по-евтин процес от този, използван за монокристални панели. Това допринася както за по-ниската им крайна цена, така и за значително по-ниската им ефективност – до 15%. Също така, те се повлияват в по-значителна степен от високите температури и имат по-ниска пространствена ефективност. 

Второ поколение фотоволтаични панели

• Тънкослойни панели

Тънкослойните панели се произвеждат чрез поставяне на един или повече тънки слоя полупроводников фотоволтаичен материал върху субстрат (носеща повърхност). Този материал може да бъде силиций, кадмий или мед, като съответно панелът се нарича:

• тънкослоен аморфен соларен панел;
• кадмий телуриден фотоволтаичен панел;
• CIGS фотоволтаичен панел.

За разлика от монокристалните и поликристалните слънчеви панели, тънкослойните са по-тънки и гъвкави. Това е така, защото клетките в тях са приблизително 350 пъти по-тънки от тези, използвани в монокристални и поликристални слънчеви панели. Основният им недостатък е, че заемат доста повече пространство, имат по-кратък експлоатационен живот и поради това са крайно неподходящи за жилищни инсталации. За сметка на това обаче са една сравнително добра и далеч по-бюджeтна алтернатива на монокристалните и поликристални фотоволтаични панели.

• Аморфни силициеви панели

Те са най-добре разработената разновидност на тънкослойните панели. При тяхната изработка се използва трислойна технология с дебелина 1 микрометър (една милионна от метъра). Тази дебелина е възможна, тъй като аморфният силиций има способността да абсорбира светлината в много по-висока степен от кристалния силиций. Със само 7% ефективност, аморфно-силициевите панели са по-малко ефективни от тези с кристален силиций – които имат коефициент на ефективност от около 18% – но предимството е фактът, че A-Si-соларните панели са на сравнително ниски цени.

Трето поколение фотоволтаични панели

• Биохибридни соларни панели

Този тип соларни клетки са все още в процес на изследване, като идеята за новата технология за производство на соларна енергия възниква в университета „Вандербилт“, САЩ. През последните няколко десетилетия са налице многобройни опити с биохибридни електроди, използващи някои биокомпоненти на фотосинтетичния апарат за преобразуване на слънчевата светлина в електричество. В основата им е употребата на революционно нов метод за използване на фотосинтетични протеинови комплекси като устройства за събиране на светлина и преобразуването ѝ в електроенергия. На този етап обаче тази разработка е на ниво лабораторни изследвания. 

• Кадмий телуридни фотоволтаични панели

От всички технологии за производство на слънчева енергия, тази е с възможно най-ниския въглероден отпечатък. Тя изисква и най-малко количество вода за производство. Друго основно предимство е изключително ниската производствена цена. Единственият недостатък на използването на кадмиев телурид е фактът, че може да бъде токсичен при поглъщане или вдишване. В Европа това е една от най-големите бариери за преодоляване, тъй като много хората имат страхове и опасения, свързани с по-широка употреба на технологията, която стои  зад този тип слънчеви панели.

• Концентрирани фотоволтаични клетки (CVP и HCVP)

Те генерират електрическа енергия точно както конвенционалните фотоволтаични системи, като регистрират коефициент на ефективност до 41% –  най-високото до момента измежду всички фотоволтаични системи. Този тип соларни панели се състоят от  извити огледални повърхности, лещи. Понякога при тях дори се използват вградени охладителни системи за повишаване на производителността. CVP-панелите могат да бъдат максимално ефективни, само ако са обърнати към слънцето под перфектен ъгъл. За целта се използва соларен тракер, вътре в слънчевия панел, с помощта на който той бавно сменя позицията си, следвайки слънцето.