متوسط ​​كفاءة النظام الكهروضوئي

كفاءة النظام الكهروضوئي هي قياس مقدار الطاقة الشمسية المتاحة التي تحولها الخلية الشمسية إلى طاقة كهربائية. تتمتع معظم خلايا السيليكون الشمسية النموذجية بكفاءة قصوى تبلغ حوالي 15 بالمائة. ومع ذلك ، حتى النظام الشمسي بكفاءة 15 في المائة يمكنه تشغيل المنزل العادي بطريقة فعالة من حيث التكلفة.

تأتي الطاقة في ضوء الشمس في حزم تسمى الفوتونات. تحمل هذه الفوتونات كمية محددة من الطاقة اعتمادًا على طولها الموجي. مع انخفاض الطول الموجي ، تزداد طاقة الفوتون. تثير هذه الفوتونات الإلكترونات في الخلية الشمسية ، مما يتسبب في تدفقها عبر الدوائر ، مما ينتج عنه تيار كهربائي. من أجل تحرير إلكترون في السيليكون ، يحتاج الفوتون إلى 1.1 إلكترون فولت على الأقل من الطاقة. الإلكترون فولت هو مقدار الطاقة اللازمة لتحريك إلكترون من خلال فرق جهد واحد فولت. إذا كان الفوتون يحتوي على أكثر من 1.1 إلكترون فولت ، فإن الإلكترون سوف يتحرك عبر الدائرة ، لكن الطاقة الزائدة ستطلق كحرارة. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل الخلايا الشمسية ذات كفاءة منخفضة. إنهم يحتاجون فقط إلى كمية محددة جدًا من الطاقة لكي يعملوا.

توفر الشمس مقدارًا مختلفًا من الطاقة اعتمادًا على مكان وجودك على الأرض ومكان وجودها في السماء. عادةً ما يتم تصنيف الألواح الشمسية بافتراض الظروف القياسية المعروفة باسم AM1.5. يشير هذا إلى كتلة الهواء 1.5 ، وهي شرط الاختبار المقبول للألواح الشمسية. في AM1.5 ، توفر الشمس 1000 واط لكل متر مربع. ومع ذلك ، فإن الطاقة الشمسية الفعلية المتاحة تختلف باختلاف الموقع والظروف الجوية والوقت من اليوم.

من أجل فهم قوة الشمس ، نستخدم نموذجًا للإشعاع يسمى طيف الجسم الأسود. يخبرنا طيف الجسم الأسود بتوزيع الطاقة للأجسام بأطوال موجية مختلفة. استنادًا إلى طيف الجسم الأسود ، فإن 23 بالمائة من الطاقة المنبعثة من الشمس لها طول موجي طويل جدًا بحيث لا تكون مفيدة للألواح الشمسية. سوف تمر تلك الفوتونات عبر الخلية. تحتوي الأطوال الموجية الأخرى على بعض الطاقة الزائدة. في الواقع ، 33٪ أخرى من طاقة الشمس هي طاقة زائدة غير صالحة للاستعمال لخلايا السيليكون الشمسية. لذلك ، فإن هذا يترك 44 في المائة فقط من طاقة الشمس متاحة لخلايا السيليكون الشمسية. يتم فقدان المزيد من هذه الطاقة بسبب الانعكاس والعمليات الأخرى في الخلية نفسها. ومن ثم ، في حين أن الكفاءة القصوى النظرية قد تكون أعلى ، فإن الكفاءة الحقيقية لخلايا السيليكون عادة ما تكون حوالي 15 بالمائة.

من أجل زيادة كفاءة الألواح الشمسية ، يمكننا تحسين وتنويع المواد التي نستخدمها لصنعها. تتطلب المواد المختلفة كمية مختلفة من طاقة الفوتون لإنتاج التيار. لذلك ، يمكن أن تغطي الألواح الهجينة عددًا من قيم فولت الإلكترون المختلفة من أجل تعظيم الطاقة الملتقطة. مشكلة واحدة في هذا النهج هي تكلفة التصنيع. اللوح الشمسي القياسي مصنوع من السيليكون ، وهو متاح على نطاق واسع ومفهوم جيدًا. نظرًا لأن المواد المستخدمة في الألواح الشمسية أصبحت نادرة وأكثر تخصصًا ، فإن تكلفة التصنيع ترتفع. لذلك ، تأتي زيادة الكفاءة مع زيادة التكلفة.