A vörös vagy ibolya hullámhosszúságú napsugárzás elegendő energiával robbantja fel a napelemet az áram létrehozásához. De a napelemek nem reagálnak a fény minden formájára. Az infravörös spektrum hullámhossza túl kevés ahhoz az energiához, amely ahhoz szükséges, hogy a napelem cella szilíciumában laza elektronok kilökődjenek, ami elektromos áramot eredményez. Az ultraibolya hullámhosszakon túl sok energia van. Ezek a hullámhosszak egyszerűen hőt hoznak létre, ami csökkentheti a sejt hatékonyságát. A napelemeknek bizonyos hullámhosszra van szükségük a fényspektrumban, hogy hasznos mennyiségű villamos energiát hozzanak létre.
A napelem anatómiája
A napelemes vagy fotovoltaikus cella kétrétegű szilíciumszendvics; egy réteg, az úgynevezett N-típusú, nyomokban elemeket tartalmaz, például arzént, hogy negatív elektromos töltést kapjon az anyag; a második réteget, P-típusúnak hívják, más elemekkel vannak felfűzve, amelyek pozitív töltést adnak. Villamosan a két oldal úgy működik, mint az akkumulátor pólusai; áramkörhöz csatlakoztatva elektromos áram áramlik a pozitív oldalról, az áramköri alkatrészeken keresztül és a napelem negatív oldalára. Egyes napelemek szilíciumot használnak kristály formában; mások amorf vagy üvegszerű szilíciumot használnak. A kristályos szilícium általában hatékonyabban képes átalakítani a fényt, de többe kerül, mint az amorf típus.
A fényerő hatása
A fényerő vagy a fényesség az a fénymennyiség, amely a napelemre ragyog. Teljes sötétségben egy cella nem termel áramot. A fény mennyiségének növekedésével a cella áramával is növekszik. A fényerő egy bizonyos szintjén azonban a cella kimenete eléri a határt; ezen a ponton túl a több fény nem ad további áramot. A napelem specifikációi tartalmazzák a névleges feszültséget és áramerősséget, amely a cella teljesítménye közvetlen napsütés alatt. A napelem maximális teljesítményének eléréséhez fontos, hogy a lehető legegyenesebben a nap felé nézzen. A napelem telepítője például olyan panelre szerel fel egy panelt, amely megfogja a napsugarak nagy részét. A szög attól függ, hogy hol tartózkodik a földön: minél északabbra vagy délre van az Egyenlítőtől, annál meredekebb a szög. Néhány napenergia "farm" paneljei vannak egy billenő mechanizmuson, követve a nap mindennapi mozgását az égen.
Spektrum, hullámhossz és szín
A látható fény az elektromágneses spektrum része, egy olyan energiaforma, amely magában foglalja a rádióhullámokat, az ultraibolya és a röntgensugarakat is. A látható fényben lévő szivárvány színei különböző hullámhosszakat képviselnek; a vörös szín hullámhossza például körülbelül 700 nanométer, vagyis a milliárd milliomod része, és 400 nanométer az ibolya hullámhossza. A napsejtek sok, az emberi szem által észlelt azonos hullámhosszra reagálnak.
Napfény vagy mesterséges fény
A napelemek általában jól működnek a természetes napfénynél, mivel a napenergiával működő készülékek legtöbbször a szabadban vagy az űrben vannak. Mivel a mesterséges fényforrások, például az izzólámpák és a fénycsövek utánozzák a Nap spektrumát, a napelemek beltéren is működhetnek, apró eszközöket, például számológépeket és órákat működtetve. Más mesterséges források, mint például a lézerek és a neonlámpák, nagyon korlátozott színspektrummal rendelkeznek; lehet, hogy a napelemek nem működnek olyan hatékonyan a fényükkel.