Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τα ηλιακά πάνελ;

Τα φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα είναι υλικά ημιαγωγών που έχουν σχεδιαστεί για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Μπορείτε να σκεφτείτε έναν ημιαγωγό ως ένα κενό ράφι πάνω από ένα δοχείο γεμάτο από στρογγυλές μπάλες - όπου οι μπάλες είναι σαν ηλεκτρόνια σε έναν ημιαγωγό. Οι μπάλες στον κάδο παρακάτω δεν μπορούν να κινηθούν πολύ μακριά, οπότε το υλικό συμπεριφέρεται άσχημα. Αλλά αν μια μπάλα πέσει στο ράφι, μπορεί να κυλήσει πολύ εύκολα, έτσι το υλικό μετατρέπεται σε καλό αγωγό. Όταν το φως του ήλιου μπαίνει σε έναν ημιαγωγό, μπορεί να σηκώσει μια μπάλα από τον κάδο και να την βάλει στο ράφι. Θα νομίζατε ότι όσο περισσότερο ηλιακό φως, τόσο καλύτερο - περισσότερες μπάλες τοποθετούνται στο ράφι, πιο πρόσφατες από το ηλιακό κελί. Αλλά περισσότερο φως του ήλιου μπορεί επίσης να σημαίνει υψηλότερες θερμοκρασίες - και υψηλότερες θερμοκρασίες γενικά μειώνουν την ισχύ από ένα ηλιακό στοιχείο.

Όταν το φως του ήλιου έρχεται σε ένα ηλιακό κύτταρο, προσθέτει ενέργεια στα ηλεκτρόνια, αλλά αυτά τα ενεργητικά ηλεκτρόνια δεν κάνουν κανένα καλό στο ηλιακό κύτταρο - πρέπει να βγουν. Έτσι τα ηλιακά κύτταρα κατασκευάζονται έτσι ώστε το ράφι να είναι υπό γωνία. Μια μπάλα στο ράφι κυλά γρήγορα. Εάν χτίσετε έναν σωλήνα από το χαμηλό άκρο του ραφιού που περιελίσσεται στον κάδο παρακάτω, τότε οι μπάλες θα ρέουν κάτω από το ηλιακό κελί και πίσω. Αυτό συμβαίνει περισσότερο ή λιγότερο όταν τα ηλεκτρικά καλώδια συνδέονται με ένα ηλιακό στοιχείο - τα ηλεκτρόνια συλλέγονται από το φως του ήλιου και ωθούνται σε ένα κύκλωμα.

Σε ηλεκτρικούς όρους, η ισχύς είναι τάση φορές ρεύμα. Το ρεύμα αναφέρεται στον αριθμό ηλεκτρονίων που ωθούνται από το ηλιακό στοιχείο και η τάση αναφέρεται στην "ώθηση" που λαμβάνει κάθε ηλεκτρόνιο. Σκεπτόμενος πίσω στον κάδο και στο ράφι, το ρεύμα είναι ο αριθμός των μπαλών που τοποθετούνται στο ράφι κάθε δευτερόλεπτο και η τάση είναι πόσο ψηλά είναι το ράφι.

Όταν ο ήλιος γίνεται πιο φωτεινός. δίνει ενέργεια σε περισσότερα ηλεκτρόνια - ανυψώνει περισσότερες μπάλες στο ράφι - αλλά το ράφι δεν αυξάνεται. Δηλαδή, η τάση από ένα ηλιακό στοιχείο εξαρτάται από τον τρόπο κατασκευής του ηλιακού στοιχείου, ενώ το μέγιστο ρεύμα εξαρτάται από το πόσο ηλιακό φως απορροφά. Η τάση και το ρεύμα εξαρτώνται επίσης από ορισμένους άλλους παράγοντες. Ένα από αυτά είναι η θερμοκρασία.

Η θερμοκρασία μετρά πόσα πράγματα κινούνται. Στην περίπτωση ενός ημιαγωγού, η θερμοκρασία μετρά πόσα ηλεκτρόνια κινούνται και πόσο συγκρατούνται οι υποδοχές για αυτά τα ηλεκτρόνια. Και πάλι να σκεφτόμαστε το ράφι και τον κάδο των μπαλών, όταν ένας ημιαγωγός είναι πιο ζεστός, είναι σαν οι μπάλες να στροβιλίζονται και να αναπηδούν στον κάδο και το ράφι παραπάνω δονείται πάνω-κάτω.

Σε ένα ζεστό ηλιακό κελί, οι μπάλες αναπηδούν ήδη λίγο, είναι ευκολότερο για το φως του ήλιου να τα πάρει και να τα βάλει στο ράφι. Επειδή το ράφι δονείται πάνω-κάτω, είναι επίσης πιο εύκολο για τις μπάλες να φτάσουν στο ράφι, αλλά επειδή δεν είναι τόσο ψηλά, δεν κυλούν τόσο γρήγορα. Δηλαδή, όταν ένα ηλιακό στοιχείο πυριτίου θερμαίνεται, παράγει περισσότερο ρεύμα αλλά λιγότερη τάση. Δυστυχώς, είναι λίγο πιο ρεύμα και πολύ λιγότερη τάση, οπότε το αποτέλεσμα είναι ότι η ισχύς μειώνεται.

Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι κατασκευασμένοι από ένα σωρό ηλιακά στοιχεία που συνδέονται μεταξύ τους. Διαφορετικοί κατασκευαστές κατασκευάζουν τα πάνελ τους διαφορετικά, οπότε μπορεί να βρείτε ένα ηλιακό πάνελ με 38 κελιά και ένα άλλο με 480 κελιά. Ακόμη και με τις διαφορές στην κατασκευή ηλιακών πάνελ πυριτίου, το υλικό είναι λίγο πολύ το ίδιο, έτσι τα αποτελέσματα θερμοκρασίας είναι επίσης σχεδόν ίδια. Συνήθως, η ισχύς ηλιακής κυψέλης πυριτίου μειώνεται περίπου 0,4% με κάθε βαθμό Κελσίου (1,8 βαθμούς Φαρενάιτ).

Η θερμοκρασία αναφέρεται στην πραγματική θερμοκρασία του υλικού και όχι στη θερμοκρασία του αέρα, οπότε σε μια ηλιόλουστη μέρα δεν είναι τόσο ασυνήθιστο ένα ηλιακό πάνελ να φτάσει τους 45 βαθμούς C (113 βαθμούς F). Αυτό σημαίνει ότι ένας πίνακας ονομαστικής ισχύος για 200 watt στους 20 βαθμούς C (68 βαθμούς F) θα εκπέμψει μόνο 180 watt.