Zawartość
- Skąd pochodzi energia?
- Ile mocy zapewnia słońce?
- Jaki procent energii słonecznej może wykorzystać ogniwa słoneczne?
- Jak zwiększamy wydajność panelu?
Wydajność systemu fotowoltaicznego to pomiar, ile energii słonecznej dostępnej w ogniwie słonecznym zamienia na energię elektryczną. Najbardziej typowe krzemowe ogniwa słoneczne mają maksymalną wydajność około 15 procent. Jednak nawet układ słoneczny o wydajności 15 procent może zasilić przeciętny dom w opłacalny sposób.
Skąd pochodzi energia?
Energia słoneczna przychodzi w pakietach zwanych fotonami. Fotony te przenoszą określoną ilość energii w zależności od długości fali. Wraz ze spadkiem długości fali wzrasta energia fotonu. Fotony te pobudzają elektrony w ogniwie słonecznym, co powoduje ich przepływ przez obwód, wytwarzając prąd elektryczny. Aby uwolnić elektron w krzemie, foton potrzebuje co najmniej 1,1 elektronowolta energii. Elektronowy wolt to ilość energii potrzebnej do poruszenia elektronu przez różnicę potencjałów jednego wolta. Jeśli foton ma więcej niż 1,1 wolta elektronu, elektron będzie poruszał się w obwodzie, ale nadmiar energii zostanie uwolniony w postaci ciepła. Jest to jeden z powodów, dla których ogniwa słoneczne mają tak niską sprawność; potrzebują do pracy tylko bardzo określonej ilości energii.
Ile mocy zapewnia słońce?
Słońce zapewnia różną moc w zależności od tego, gdzie jesteś na Ziemi i gdzie jest na niebie. Panele słoneczne są zazwyczaj oceniane przy założeniu standardowych warunków znanych jako AM1.5. Oznacza to masę powietrza 1,5, która jest akceptowanym warunkiem testu dla paneli słonecznych. W AM1.5 słońce zapewnia 1000 watów na metr kwadratowy. Rzeczywista dostępna energia słoneczna różni się jednak w zależności od lokalizacji, warunków pogodowych i pory dnia.
Jaki procent energii słonecznej może wykorzystać ogniwa słoneczne?
Aby zrozumieć moc Słońca, wykorzystujemy model promieniowania zwany widmem ciała czarnego. Widmo ciała czarnego mówi nam o rozkładzie energii obiektów o różnych długościach fal. W oparciu o spektrum ciała czarnego 23 procent energii słonecznej ma długość fali zbyt długą, aby była użyteczna dla paneli słonecznych. Te fotony po prostu przejdą przez komórkę. Inne długości fali mają pewną nadwyżkę energii. W rzeczywistości kolejne 33 procent energii słonecznej to nadwyżka energii, która jest również bezużyteczna dla krzemowych ogniw słonecznych. Dlatego pozostawia tylko 44 procent energii słonecznej dostępnej dla krzemowych ogniw słonecznych. Więcej tej energii jest tracone z powodu odbicia i innych procesów w samej komórce. Dlatego, chociaż teoretyczna maksymalna wydajność może być wyższa, rzeczywista wydajność ogniw krzemowych wynosi zwykle około 15 procent.
Jak zwiększamy wydajność panelu?
W celu zwiększenia wydajności paneli słonecznych możemy ulepszać i dywersyfikować materiały, których używamy do ich produkcji. Różne materiały wymagają różnej ilości energii fotonu do wytworzenia prądu. Dlatego panele hybrydowe mogą pokryć wiele różnych wartości napięcia elektronowego w celu maksymalizacji przechwyconej energii. Jednym z problemów związanych z tym podejściem jest koszt produkcji. Standardowy panel słoneczny wykonany jest z krzemu, który jest szeroko dostępny i dobrze zrozumiany. Ponieważ materiały stosowane w panelach słonecznych stają się rzadsze i bardziej wyspecjalizowane, koszty produkcji rosną. Dlatego wzrost wydajności wiąże się ze wzrostem kosztów.