Effektiviteten af et solcelleanlæg er måling af, hvor meget af den tilgængelige solenergi, som en solcelle omdanner til elektrisk energi. De fleste typiske silicium solceller har en maksimal effektivitet på omkring 15 procent. Selv et solsystem med 15 procent effektivitet kan dog drive det gennemsnitlige hjem på en omkostningseffektiv måde.
Hvor kommer energien fra?
Energi i sollys kommer i pakker kaldet fotoner. Disse fotoner bærer en bestemt mængde energi afhængigt af deres bølgelængde. Når bølgelængden aftager, øges en fotones energi. Disse fotoner exciterer elektroner i solcellen, hvilket får dem til at strømme gennem kredsløbene, hvilket skaber elektrisk strøm. For at frigøre en elektron i silicium har en foton brug for mindst 1,1 elektronvolt energi. En elektronvolt er den mængde energi, der er nødvendig for at bevæge en elektron gennem en en-volts potentialforskel. Hvis en foton har mere end 1,1 elektronvolt, bevæger en elektron sig gennem kredsløbet, men overskydende energi frigives som varme. Dette er en af grundene til, at solceller har så lav effektivitet; de har kun brug for en meget specifik mængde energi for at arbejde.
Hvor meget strøm leverer solen?
Solen giver en anden mængde magt afhængigt af hvor du er på jorden, og hvor den er på himlen. Solpaneler vurderes typisk under forudsætning af standardbetingelser kendt som AM1.5. Dette står for luftmasse 1,5, som er den accepterede testbetingelse for solpaneler. Ved AM1.5 giver solen 1.000 watt pr. Kvadratmeter. Den faktiske tilgængelige solenergi varierer dog med placering, vejrforhold og tidspunkt på dagen.
Hvor stor en procentdel af solens styrke kan solceller bruge?
For at forstå solens magt bruger vi en model af stråling kaldet blackbody-spektret. Blackbody-spektret fortæller os energifordelingen af objekter i forskellige bølgelængder. Baseret på et sortkropsspektrum har 23 procent af solenergiens bølgelængde for lang til at være nyttig for solpaneler. Disse fotoner vil bare passere gennem cellen. Andre bølgelængder har noget overskydende energi. Faktisk er yderligere 33 procent af solens energi overskydende energi, der også er ubrugelig for silicium solceller. Derfor efterlader dette kun 44 procent af solens energi til rådighed for silicium solceller. Mere af denne energi går tabt på grund af refleksion og andre processer i selve cellen. Selvom den teoretiske maksimale effektivitet kan være højere, er den virkelige effektivitet af siliciumceller derfor normalt omkring 15 procent.
Hvordan øger vi paneleffektiviteten?
For at øge solpaneleffektiviteten kan vi forbedre og diversificere de materialer, vi bruger til at fremstille dem. Forskellige materialer kræver en forskellig mængde foton energi til at producere strøm. Derfor kan hybridpaneler dække et antal forskellige elektronvoltværdier for at maksimere den fangede energi. Et problem med denne fremgangsmåde er produktionsomkostningerne. Standard solpanel er lavet af silicium, som er bredt tilgængeligt og forstået. Efterhånden som materialerne i solpaneler bliver sjældnere og mere specialiserede, stiger produktionsomkostningerne. Derfor øges effektiviteten med en stigning i omkostningerne.