Pochopenie základných princípov fotovoltaiky si najprv vyžaduje pochopenie základných fyzikálnych pojmov, ktoré stoja za touto technológiou. Princíp toho, ako funguje fotovoltaika sa točí okolo fotovoltaického efektu, ktorý spôsobuje premenu svetla na elektrinu na atómovej úrovni. Keď je svetlo, ktoré pozostáva z fotónov, absorbované materiálom, môže spôsobiť, že atómy v materiáli sa excitujú a uvoľnia elektróny. Toto uvoľňovanie elektrónov generuje elektrický prúd. V technológii solárnej energie sa tento fotovoltaický efekt vyskytuje v solárnych článkoch, ktoré sú zvyčajne vyrobené z polovodičového materiálu, ako je kremík. V solárnom článku je oblasť prechodu vytvorená dvoma vrstvami, n-typu (zápornou) a p-typu (kladnou), ktoré vytvárajú elektrické pole. Keď na článok dopadá slnečné svetlo, toto pole poháňa tieto excitované elektróny určitým smerom, čím vzniká elektrický prúd. Vzniká tak jednosmerný prúd (DC – direct current), ktorý sa potom môže premeniť na striedavý prúd (AC – alternating current) na použitie v domácnosti. Pochopenie týchto základných princípov pomáha pochopiť potenciál a obmedzenia fotovoltaickej technológie.
Ako sa vo fotovoltaike mení svetelná energia na elektrickú
Fotovoltaika funguje na princípe fotovoltaického efektu, pri ktorom sa svetelná energia mení na elektrickú. Tento proces zahŕňa absorpciu fotónov alebo častíc svetla v materiáli známom ako polovodič, zvyčajne kremík. Keď fotóny dopadnú na polovodič, odovzdajú svoju energiu elektrónom v atómoch polovodiča. Toto zvýšenie energie spôsobí, že elektróny prekonajú väzbovú energiu, ktorá ich udržiava na mieste, čo vedie k vzniku voľných elektrónov. Keď sa tieto elektróny uvoľnia, môžu sa pohybovať a vytvárať elektrický prúd. Aby bol prúd užitočný, je potrebné, aby bol polovodič „dopovaný“. Dopovanie je proces presného pridávania prímesí do polovodiča, čím sa vytvára prostredie, v ktorom sa uvoľnené elektróny môžu pohybovať kontrolovaným smerom. Tento pohyb elektrónov vytvára jednosmerný prúd (DC). Jednosmerný prúd potom prúdi do meniča, ktorý ho mení na striedavý prúd (AC) využiteľný v elektrickom systéme budovy. Fotovoltaika teda účinne premieňa slnečnú svetelnú energiu na využiteľnú elektrickú energiu a slúži ako ekologický zdroj energie.