Účinnost fotovoltaického systému je měření toho, kolik dostupné sluneční energie přeměňuje solární článek na elektrickou energii. Nejtypičtější křemíkové solární články mají maximální účinnost kolem 15 procent. Avšak i solární systém s 15 procentní účinností může průměrný dům napájet nákladově efektivním způsobem.
Odkud pochází energie?
Energie ve slunečním světle přichází v paketech nazývaných fotony. Tyto fotony nesou určité množství energie v závislosti na jejich vlnové délce. Se snižováním vlnové délky se zvyšuje energie fotonu. Tyto fotony vzrušují elektrony ve slunečním článku, což způsobuje, že protékají obvody a vytvářejí elektrický proud. K uvolnění elektronu v křemíku potřebuje foton nejméně 1,1 elektronvoltu energie. Elektronový volt je množství energie potřebné k pohybu elektronu prostřednictvím rozdílu potenciálu jednoho voltu. Pokud má foton více než 1,1 elektronvoltu, elektron se bude pohybovat v obvodu, ale přebytečná energie se uvolní jako teplo. To je jeden z důvodů, proč mají solární články tak nízkou účinnost; k práci potřebují jen velmi specifické množství energie.
Kolik energie poskytuje slunce?
Slunce poskytuje různé množství energie v závislosti na tom, kde jste na Zemi a kde je na obloze. Solární panely jsou obvykle hodnoceny za předpokladu standardních podmínek známých jako AM1.5. To znamená vzduchovou hmotnost 1,5, což je přijatelná zkušební podmínka pro solární panely. V době AM1,5 poskytuje slunce 1 000 wattů na metr čtvereční. Skutečná dostupná sluneční energie se však liší podle polohy, povětrnostních podmínek a denní doby.
Jaké procento sluneční energie mohou solární články použít?
Abychom porozuměli sluneční energii, používáme model záření zvaný spektrum černého tělesa. Spektrum černého tělesa nám říká distribuci energie objektů při různých vlnových délkách. Na základě spektra černého tělesa má 23 procent energie ze slunce vlnovou délku příliš dlouhou na to, aby byla užitečná pro solární panely. Tyto fotony prostě projdou buňkou. Jiné vlnové délky mají přebytečnou energii. Dalších 33 procent sluneční energie je ve skutečnosti přebytečná energie, která je také nepoužitelná pro křemíkové solární články. Proto zbývá pouze 44 procent sluneční energie dostupné pro křemíkové solární články. Více této energie se ztrácí v důsledku odrazu a dalších procesů v samotné buňce. I když tedy teoretická maximální účinnost může být vyšší, skutečná účinnost křemíkových článků je obvykle kolem 15 procent.
Jak zvýšíme účinnost panelu?
Abychom zvýšili účinnost solárních panelů, můžeme vylepšit a diverzifikovat materiály, které používáme k jejich výrobě. Různé materiály vyžadují k výrobě proudu jiné množství fotonové energie. Hybridní panely proto mohou pokrýt řadu různých hodnot elektronových voltů, aby maximalizovaly zachycenou energii. Jedním z problémů tohoto přístupu jsou výrobní náklady. Standardní solární panel je vyroben ze silikonu, který je široce dostupný a dobře srozumitelný. Jak se materiály používané v solárních panelech stávají vzácnějšími a specializovanějšími, rostou náklady na výrobu. Zvýšení účinnosti proto vede ke zvýšení nákladů.