كيف تؤثر درجة الحرارة على الألواح الشمسية؟

الخلايا الشمسية الكهروضوئية عبارة عن مواد شبه موصلة مصممة لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. يمكنك التفكير في أشباه الموصلات كرف فارغ فوق سلة مليئة بالكرات المرتدة - حيث تكون الكرات مثل الإلكترونات في أشباه الموصلات. لا يمكن للكرات الموجودة في الحاوية أدناه التحرك بعيدًا جدًا ، لذا فإن أداء المادة سيئ. ولكن إذا قفزت الكرة إلى الرف ، فيمكن أن تتدحرج بسهولة ، وبالتالي تتحول المادة إلى موصل جيد. عندما يدخل ضوء الشمس إلى أشباه الموصلات ، يمكنه رفع كرة من الصندوق ووضعها على الرف. كنت تعتقد أنه كلما زاد ضوء الشمس ، كان ذلك أفضل - يتم وضع المزيد من الكرات على الرف ، والمزيد من التيار من الخلية الشمسية. لكن المزيد من ضوء الشمس يمكن أن يعني أيضًا درجات حرارة أعلى - ودرجات الحرارة المرتفعة عمومًا تقلل الطاقة المنبعثة من الخلية الشمسية.

عندما يدخل ضوء الشمس إلى خلية شمسية ، فإنه يضيف طاقة إلى الإلكترونات ، لكن تلك الإلكترونات النشطة لا تفيد أي شخص في الخلية الشمسية - يجب عليهم الخروج. لذلك تم تصميم الخلايا الشمسية بحيث يكون هذا الرف بزاوية. تتدحرج الكرة على الرف بسرعة إلى أسفل. إذا قمت ببناء أنبوب من الحافة المنخفضة للرف ملتفًا حول الصندوق الموجود بالأسفل ، فسوف تتدفق الكرات لأسفل من الخلية الشمسية وتعود. هذا ما يحدث تقريبًا عندما يتم توصيل الأسلاك الكهربائية بخلية شمسية - يتم التقاط الإلكترونات بواسطة ضوء الشمس ودفعها إلى دائرة.

في المصطلحات الكهربائية ، الطاقة هي الجهد مضروبًا في التيار. يشير التيار إلى عدد الإلكترونات التي يتم دفعها خارج الخلية الشمسية ، والجهد يشير إلى "الدفع" الذي يحصل عليه كل إلكترون. بالعودة إلى الحاوية والرف ، فإن التيار هو عدد الكرات الموضوعة على الرف في كل ثانية والجهد هو مدى ارتفاع الرف.

عندما تصبح الشمس أكثر إشراقًا. يعطي طاقة لمزيد من الإلكترونات - يرفع المزيد من الكرات على الرف - لكن الرف لا يرتفع. أي أن الجهد الخارج من الخلية الشمسية يعتمد على كيفية بناء الخلية الشمسية ، بينما يعتمد الحد الأقصى للتيار على مقدار ضوء الشمس الذي تمتصه. يعتمد الجهد والتيار أيضًا على بعض العوامل الأخرى. واحدة من هؤلاء هي درجة الحرارة.

تقيس درجة الحرارة مقدار الأشياء التي تتحرك. في حالة أشباه الموصلات ، تقيس درجة الحرارة مقدار حركة الإلكترونات ومقدار حركة حاملي هذه الإلكترونات. مرة أخرى ، عند التفكير في الرف وحاوية الكرات ، عندما يكون أحد أشباه الموصلات أكثر سخونة ، يبدو الأمر كما لو أن الكرات تتماوج وتقفز في سلة المهملات والرف أعلاه يهتز لأعلى ولأسفل.

في خلية شمسية ساخنة ، الكرات ترتد بالفعل قليلاً ، ومن السهل على ضوء الشمس التقاطها ووضعها على الرف. نظرًا لأن الرف يهتز لأعلى ولأسفل ، فمن السهل أيضًا أن تصل الكرات إلى الرف ، ولكن نظرًا لأنها ليست مرتفعة ، فإنها لا تتدحرج بسرعة. أي أنه عندما ترتفع درجة حرارة خلية شمسية من السيليكون ، فإنها تولد تيارًا أكثر ولكن جهدًا أقل. لسوء الحظ ، إنه تيار أكثر قليلاً وجهد أقل بكثير ، وبالتالي فإن النتيجة هي أن الطاقة تقل.

يتم بناء الألواح الشمسية من مجموعة كاملة من الخلايا الشمسية الموصولة ببعضها البعض. تقوم الشركات المصنعة المختلفة ببناء لوحاتها بشكل مختلف ، لذلك قد تجد لوحة شمسية بها 38 خلية وأخرى بها 480 خلية. حتى مع وجود اختلافات في تصنيع الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون ، فإن المادة متشابهة إلى حد ما ، وبالتالي فإن تأثيرات درجة الحرارة أيضًا متطابقة تقريبًا. عادةً ما ينخفض ​​إنتاج طاقة الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون بنحو 0.4 بالمائة مع كل درجة مئوية (1.8 درجة فهرنهايت).

تشير درجة الحرارة إلى درجة حرارة المادة الفعلية ، وليس درجة حرارة الهواء ، لذلك في يوم مشمس ليس من غير المعتاد أن تصل الألواح الشمسية إلى 45 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت). هذا يعني أن اللوحة المصنفة لـ 200 واط عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ستخرج 180 واط فقط.