هل الخلايا الشمسية الأكبر أكثر كفاءة؟

تمتص الخلايا الشمسية الكهروضوئية الطاقة من ضوء الشمس وتحولها إلى طاقة كهربائية. لكي تنجح العملية ، يحتاج ضوء الشمس إلى تحويله إلى مادة الخلايا الشمسية ويتم امتصاصه ، وتحتاج الطاقة للخروج من الخلية الشمسية. يؤثر كل من هذه العوامل على كفاءة الخلية الشمسية. تتشابه بعض العوامل مع الخلايا الشمسية الكبيرة والصغيرة ، لكن بعضها يختلف باختلاف الحجم. تميل العوامل المختلفة إلى تسهيل أن تكون الخلايا الشمسية الأصغر أكثر كفاءة من نظيراتها الأكبر حجمًا.

هناك عدة طرق مختلفة لتحديد الكفاءة. الشيء الأكثر منطقية من وجهة نظر المستهلك هو نسبة الطاقة الكهربائية المنتجة إلى إجمالي طاقة ضوء الشمس التي تضرب منطقة الخلية الشمسية. هناك أنواع عديدة من الخلايا الشمسية. تعد الخلايا متعددة الوظائف باهظة الثمن ، ولكنها يمكن أن تكون في حدود 40 في المائة من الكفاءة. تتمتع خلايا السيليكون بكفاءة من 13 إلى 18 في المائة ، في حين أن الطرق الأخرى التي تسمى خلايا "الأغشية الرقيقة" تكون فعالة من 6 إلى 14 في المائة. المادة والتصميم والبناء للخلية لها تأثير أكبر بكثير على الكفاءة من الحجم.

العامل الأول الذي يحدد كفاءة الخلية الشمسية هو مقدار الضوء الذي يجعلها مادة الخلية الشمسية. يحتاج سطح الخلية الشمسية إلى نوع من الاتصال الكهربائي لإكمال الدائرة وإخراج الطاقة. تمنع هذه الأقطاب الكهربائية ضوء الشمس من الوصول إلى المادة الماصة. لسوء الحظ ، لا يمكنك وضع أقطاب كهربائية صغيرة على حافة الخلية الشمسية لأنك حينها تفقد الكثير من الكهرباء لمقاومة مادة الخلايا الشمسية. هذا يعني أنه إذا كان لديك خلية شمسية كبيرة - لنقل حوالي 5 بوصات مربعة - فستحتاج إلى وجود عدة أقطاب كهربائية عبر السطح ، مما يحجب الضوء. إذا كانت خليتك الشمسية نصف بوصة في بوصة واحدة ، فيمكنك الحصول على نسبة أقل من السطح مغطى بأقطاب كهربائية.

عندما يدخل ضوء الشمس إلى مادة الخلية الشمسية ، فإنه ينتقل على طول حتى يتفاعل مع إلكترون في المادة. إذا امتص الإلكترون طاقة ضوء الشمس ، فسيتم تعزيزه. يمكن أن تفقد هذه الطاقة عن طريق الاصطدام بإلكترونات أخرى. في الغالب ، هذا لا يعتمد على حجم الخلية الشمسية. يعتمد فقط على تكوينه وتصميمه. ومع ذلك ، إذا احتاجت الإلكترونات إلى الذهاب أبعد من ذلك في مادة أشباه الموصلات ، فمن المرجح أن تفقد الطاقة. بجعل المسافة إلى الأقطاب الكهربائية صغيرة ، فمن غير المرجح أن يفقد الإلكترون الطاقة. نظرًا لأن الخلايا الأكبر حجمًا مصممة بمزيد من الأقطاب الكهربائية ، فإن المسافة تنتهي تقريبًا بنفس الشكل ، لذلك لا يتغير هذا كثيرًا مع حجم الخلية الشمسية.

المقاومة هي مقياس لمدى صعوبة انتقال الإلكترون عبر الدائرة. مع تساوي كل شيء آخر ، فإن المسافة الأقصر تخلق مقاومة أقل ، وهذا يعني أن الخلايا الأصغر ستهدر طاقة أقل وتكون أكثر كفاءة. على الرغم من أن كل هذه التأثيرات تفضل الخلايا الأصغر على الخلايا الأكبر ، إلا أنها تأثيرات صغيرة جدًا على الكفاءة. نظرًا لأن الخلايا الشمسية تصبح مفيدة حقًا فقط عندما يتم دمجها معًا ، فمن المنطقي عادةً استخدام خلايا أكبر حتى لا تضطر إلى القيام بالكثير من أعمال التجميع. عادةً ما تكون خلايا السيليكون الشمسية حوالي 5 أو 6 بوصات مربعة لتتناسب مع حجم السيليكون الخام الذي صنعت منه. ثم يتم تجميعها معًا في لوحات على بعد بضعة أقدام على جانبها.