Ефективността на една фотоволтаична система е измерването на това колко от наличната слънчева енергия една слънчева клетка преобразува в електрическа енергия. Повечето типични силициеви слънчеви клетки имат максимална ефективност от около 15 процента. Въпреки това, дори слънчева система с 15 процента ефективност може да захрани средния дом по рентабилен начин.
Откъде идва енергията?
Енергията в слънчевата светлина идва в пакети, наречени фотони. Тези фотони носят определено количество енергия в зависимост от дължината на вълната им. С намаляването на дължината на вълната енергията на фотона се увеличава. Тези фотони възбуждат електроните в слънчевата клетка, което ги кара да текат през веригата, създавайки електрически ток. За да освободи електрон в силиций, фотонът се нуждае от най-малко 1,1 електрон волта енергия. Електрон волт е количеството енергия, необходимо за преместване на електрон през потенциал разлика от един волт. Ако фотонът има повече от 1,1 електрон волта, електрон ще се движи през веригата, но излишната енергия ще се отделя като топлина. Това е една от причините слънчевите клетки да имат толкова ниска ефективност; те се нуждаят само от много специфично количество енергия, за да работят.
Колко мощност осигурява слънцето?
Слънцето осигурява различно количество енергия в зависимост от това къде се намирате на Земята и къде се намира на небето. Слънчевите панели обикновено се класифицират при стандартни условия, известни като AM1.5. Това означава въздушна маса 1,5, което е прието условие за изпитване на слънчеви панели. При AM1.5 слънцето осигурява 1000 вата на квадратен метър. Реалната налична слънчева енергия обаче варира в зависимост от местоположението, метеорологичните условия и времето на деня.
Какъв процент от силата на Слънцето могат да използват слънчевите клетки?
За да разберем силата на слънцето, използваме модел на радиация, наречен спектър на черното тяло. Спектърът на черното тяло ни казва енергийното разпределение на обектите с различни дължини на вълната. Въз основа на спектъра на черно тяло, 23 процента от енергията от слънцето има дължина на вълната, която е твърде дълга, за да бъде полезна за слънчевите панели. Тези фотони просто ще преминат през клетката. Други дължини на вълните имат известна излишна енергия. Всъщност, още 33 процента от слънчевата енергия е излишната енергия, която също е неизползваема за силициевите слънчеви клетки. Следователно това оставя само 44 процента от слънчевата енергия на разположение на силициевите слънчеви клетки. Повече от тази енергия се губи поради отражение и други процеси в самата клетка. Следователно, докато теоретичната максимална ефективност може да е по-висока, реалната ефективност на силициевите клетки обикновено е около 15%.
Как да увеличим ефективността на панела?
За да увеличим ефективността на слънчевите панели, можем да подобрим и разнообразим материалите, които използваме, за да ги направим. Различните материали изискват различно количество фотонна енергия, за да произвеждат ток. Следователно, хибридните панели могат да покриват редица различни стойности на електронен волт, за да максимизират енергията, която се улавя. Един от проблемите при този подход са производствените разходи. Стандартният слънчев панел е направен от силиций, който е широко достъпен и добре разбран. Тъй като материалите, използвани в слънчевите панели, стават по-редки и по-специализирани, цената на производството нараства. Следователно увеличаването на ефективността води до увеличаване на разходите.