A napelem működése

Az n-típusú félvezetők kristályos szilíciumból készülnek, amelyet igen kis mennyiségű foszforral szennyeznek. A szennyezési eljárás által az anyag a rácskötésekben nem résztvevő szabad elektronokkal fog rendelkezni, és éppen ezért lesz ez a negatív félvezető. A p-típusú félvezetők is kristályos szilíciumból készülnek, melyet kis mennyiségű bórral szennyeznek, és ezáltal elektronhiány lép fel benne, és ezen elektronhiányok („lyukak”) miatt lesz a pozitív félvezető. A két ellentétes szennyezésű réteg összeillesztésénél a lyukak és az elektronok semlegesítődnek („rekombinálódnak”) s eközben közöttük feszültség jön létre.

A napelemre eső napfény energiával rendelkező részecskékből, fotonokból áll. Amikor a megfelelő hullámhosszúságú fény a napelemre esik – a pozitív-, és a negatív tartomány közötti semlegesített zónába nyelődik el–, akkor a fény fotonjai energiájukat átadják az anyagban az elektronoknak, amelyek szabaddá válnak, és vándorlásuk által vezetik az áramot. Az elektronok helyén az anyagban „lyukak” keletkeznek, amelyek szintén képesek elmozdulni. Amikor a fotonok gerjesztik az elektronokat, a kiugrott elektronok a negatív, a lyukak a pozitív oldal felé fognak áramolni, így jön létre az elektromos tér és az ebből adódó feszültség.

Ha a napelemhez külső áramkört kapcsolunk, akkor a mozgó elektronok a félvezetőn át a cella tetején lévő fém csatlakozó felé áramolnak, míg a „lyukak” ellentétes irányba, a cella alján lévő fém csatlakozó felé, ahol feltöltődnek elektronokkal a külső áramkör másik oldaláról (a cella tetejéről). Ezt a feszültséget a belső elektromos mező (amely a p-n kapcsolódás helyén jön létre) termeli.

A napelem modulok által termelt áram egyenáram, amit, hogy a háztartásunkban is fel tudjuk használni szükségünk van egy speciális áramátalakítóra az úgynevezett invertere. Ez a szerkezet a napelem panelok által megtermelt egyenáramot átalakítja váltakozó árammá, 220v 50 Hz – ezáltal alkalmassá teszi azt az elektromos hálózatba való betáplálásra. 

A betáplált villamos energiát kétirányú oda-vissza számláló villamos mérőóra regisztrálja, hasonlóan az eddigi fogyasztásmérőhöz. Ennek a speciális mérőórának azonban két számsora van, egyik a napelemek által megtermelt, a másik a hálózatról elfogyasztott villamos energiát méri. A fogyasztást évenkénti leolvasással, szaldós módszerrel állapítják meg.