Photovoltaik-Solarzellen sind Halbleitermaterialien, die entwickelt wurden, um Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln. Sie können sich einen Halbleiter als leeres Regal über einem Behälter voller Hüpfbälle vorstellen – wobei die Bälle wie Elektronen in einem Halbleiter sind. Die Kugeln im Behälter darunter können sich nicht sehr weit bewegen, daher leitet das Material schlecht. Springt aber eine Kugel ins Regal, kann sie sehr leicht rollen, sodass das Material zu einem guten Leiter wird. Wenn Sonnenlicht in einen Halbleiter fällt, kann es eine Kugel aus dem Mülleimer heben und ins Regal stellen. Man könnte meinen, je mehr Sonnenlicht, desto besser – mehr Bälle ins Regal, mehr Strom aus der Solarzelle. Mehr Sonnenlicht kann aber auch höhere Temperaturen bedeuten – und höhere Temperaturen reduzieren im Allgemeinen die Leistung einer Solarzelle.
Halbleiter
Wenn Sonnenlicht in eine Solarzelle fällt, fügt es den Elektronen Energie hinzu, aber diese energiereichen Elektronen nützen niemandem in der Solarzelle – sie müssen raus. Solarzellen sind also so konstruiert, dass das Regal schräg steht. Ein Ball im Regal rollt schnell herunter. Baut man eine Röhre von der unteren Kante des Regals bis zum darunter liegenden Behälter, dann fließen die Kugeln nach unten aus der Solarzelle und zurück. Das passiert mehr oder weniger, wenn elektrische Drähte an eine Solarzelle angeschlossen werden – Elektronen werden vom Sonnenlicht aufgenommen und in einen Stromkreis geschoben.
Strom aus einer Solarzelle
In elektrischer Hinsicht ist Leistung Spannung mal Strom. Der Strom bezieht sich auf die Anzahl der Elektronen, die aus der Solarzelle herausgedrückt werden, und die Spannung bezieht sich auf den "Push", den jedes Elektron erhält. Wenn man an den Behälter und das Regal zurückdenkt, ist Strom die Anzahl der Bälle, die jede Sekunde auf das Regal gelegt werden, und Spannung ist die Höhe des Regals.
Wenn die Sonne heller wird. es gibt mehr Elektronen Energie – hebt mehr Kugeln auf das Regal – aber das Regal wird nicht höher. Das heißt, die Spannung einer Solarzelle hängt davon ab, wie die Solarzelle gebaut ist, während der maximale Strom davon abhängt, wie viel Sonnenlicht sie absorbiert. Die Spannung und der Strom hängen auch von einigen anderen Faktoren ab. Eine davon ist die Temperatur.
Temperatureffekte
Die Temperatur misst, wie viel sich bewegt. Im Fall eines Halbleiters misst die Temperatur, wie viel sich die Elektronen bewegen und wie viel sich die Halter für diese Elektronen bewegen. Denken Sie noch einmal an das Regal und den Behälter mit den Kugeln, wenn ein Halbleiter heißer ist, ist es, als ob die Kugeln im Behälter herumwirbeln und herumhüpfen und das Regal darüber auf und ab vibriert.
In einer heißen Solarzelle hüpfen die Kugeln schon ein bisschen herum, das Sonnenlicht kann sie leichter aufnehmen und ins Regal stellen. Da das Regal auf und ab vibriert, kommen die Kugeln auch leichter auf das Regal, aber weil sie nicht so hoch sind, rollen sie nicht so schnell. Das heißt, wenn eine Silizium-Solarzelle heißer wird, erzeugt sie mehr Strom, aber weniger Spannung. Leider ist es nur etwas mehr Strom und viel weniger Spannung, so dass die Leistung abnimmt.
Solarpanel-Ausgang
Solarmodule bestehen aus einer ganzen Reihe von miteinander verdrahteten Solarzellen. Verschiedene Hersteller bauen ihre Panels unterschiedlich, so dass Sie möglicherweise ein Solarpanel mit 38 Zellen und ein anderes mit 480 Zellen finden. Auch bei Unterschieden bei der Herstellung von Silizium-Solarmodulen ist das Material mehr oder weniger gleich, sodass auch die Temperatureffekte nahezu identisch sind. Normalerweise sinkt die Leistung von Siliziumsolarzellen mit jedem Grad Celsius (1,8 Grad Fahrenheit) um etwa 0,4 Prozent.
Die Temperatur bezieht sich auf die tatsächliche Materialtemperatur und nicht auf die Lufttemperatur, daher ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Solarpanel an einem sonnigen Tag 45 Grad C (113 Grad F) erreicht. Das bedeutet, dass ein Panel mit einer Nennleistung von 200 Watt bei 20 °C (68 °F) nur 180 Watt ausgibt.