Η αποδοτικότητα ενός φωτοβολταϊκού συστήματος είναι η μέτρηση του ποσού της διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας που μετατρέπει ένα ηλιακό στοιχείο σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα περισσότερα τυπικά ηλιακά κύτταρα πυριτίου έχουν μέγιστη απόδοση περίπου 15 τοις εκατό. Ωστόσο, ακόμη και ένα ηλιακό σύστημα με απόδοση 15 τοις εκατό μπορεί να τροφοδοτήσει το μέσο σπίτι με οικονομικά αποδοτικό τρόπο.
Από πού προέρχεται η ενέργεια;
Η ενέργεια στο φως του ήλιου έρχεται σε πακέτα που ονομάζονται φωτόνια. Αυτά τα φωτόνια μεταφέρουν μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας ανάλογα με το μήκος κύματος τους. Καθώς μειώνεται το μήκος κύματος, αυξάνεται η ενέργεια ενός φωτονίου. Αυτά τα φωτόνια διεγείρουν τα ηλεκτρόνια στο ηλιακό στοιχείο, το οποίο τους προκαλεί να ρέουν μέσω του κυκλώματος, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Προκειμένου να απελευθερωθεί ένα ηλεκτρόνιο σε πυρίτιο, ένα φωτόνιο χρειάζεται τουλάχιστον 1,1 ηλεκτρόνια βολτ ενέργειας. Ένα ηλεκτρονικό βολτ είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη μετακίνηση ενός ηλεκτρονίου μέσω διαφοράς δυναμικού ενός βολτ. Εάν ένα φωτόνιο έχει περισσότερα από 1,1 ηλεκτρονικά βολτ, ένα ηλεκτρόνιο θα κινηθεί μέσω του κυκλώματος, αλλά η υπερβολική ενέργεια θα απελευθερωθεί ως θερμότητα. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που τα ηλιακά κύτταρα έχουν τόσο χαμηλή απόδοση. χρειάζονται μόνο μια πολύ συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας για να εργαστούν.
Πόση δύναμη παρέχει ο Ήλιος;
Ο Ήλιος παρέχει μια διαφορετική ποσότητα ισχύος ανάλογα με το πού βρίσκεστε στη Γη και πού βρίσκεται στον ουρανό. Οι ηλιακοί συλλέκτες συνήθως βαθμολογούνται με βάση τις τυπικές συνθήκες γνωστές ως AM1.5 Αυτό σημαίνει μάζα αέρα 1.5, που είναι η αποδεκτή συνθήκη δοκιμής για ηλιακούς συλλέκτες. Στο AM1.5, ο ήλιος παρέχει 1.000 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο. Ωστόσο, η πραγματική διαθέσιμη ηλιακή ενέργεια ποικίλλει ανάλογα με την τοποθεσία, τις καιρικές συνθήκες και την ώρα της ημέρας.
Ποιο ποσοστό ισχύος του ήλιου μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα ηλιακά κύτταρα;
Για να κατανοήσουμε τη δύναμη του ήλιου, χρησιμοποιούμε ένα μοντέλο ακτινοβολίας που ονομάζεται φάσμα μαύρου σώματος. Το φάσμα του μαύρου σώματος μας λέει την ενεργειακή κατανομή των αντικειμένων σε διαφορετικά μήκη κύματος. Με βάση ένα φάσμα μαύρου σώματος, το 23% της ενέργειας από τον ήλιο έχει μήκος κύματος πολύ μεγάλο για να είναι χρήσιμο για τα ηλιακά πάνελ. Αυτά τα φωτόνια θα περάσουν απλώς από το κελί. Άλλα μήκη κύματος έχουν κάποια υπερβολική ενέργεια. Στην πραγματικότητα, ένα άλλο 33 τοις εκατό της ενέργειας του ήλιου είναι υπερβολική ενέργεια που είναι επίσης άχρηστη για τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου. Επομένως, αυτό αφήνει μόνο το 44 τοις εκατό της ηλιακής ενέργειας που διατίθεται σε ηλιακά κύτταρα πυριτίου. Περισσότερο από αυτή την ενέργεια χάνεται λόγω ανάκλασης και άλλων διεργασιών στο ίδιο το κύτταρο. Ως εκ τούτου, ενώ η θεωρητική μέγιστη απόδοση μπορεί να είναι υψηλότερη, η πραγματική απόδοση των κυττάρων πυριτίου είναι συνήθως περίπου 15 τοις εκατό.
Πώς αυξάνουμε την απόδοση του πίνακα;
Προκειμένου να αυξήσουμε την αποδοτικότητα των ηλιακών συλλεκτών, μπορούμε να βελτιώσουμε και να διαφοροποιήσουμε τα υλικά που χρησιμοποιούμε για την κατασκευή τους. Διαφορετικά υλικά απαιτούν διαφορετική ποσότητα ενέργειας φωτονίων για την παραγωγή ρεύματος. Επομένως, τα υβριδικά πάνελ μπορούν να καλύψουν έναν αριθμό διαφορετικών τιμών ηλεκτρονίων volt για να μεγιστοποιήσουν την ενέργεια που συλλαμβάνεται. Ένα πρόβλημα με αυτήν την προσέγγιση είναι το κόστος κατασκευής. Το τυπικό ηλιακό πάνελ είναι κατασκευασμένο από πυρίτιο, το οποίο είναι ευρέως διαθέσιμο και κατανοητό. Καθώς τα υλικά που χρησιμοποιούνται στα ηλιακά πάνελ γίνονται πιο σπάνια και εξειδικευμένα, αυξάνεται το κόστος κατασκευής. Επομένως, η αύξηση της αποδοτικότητας έρχεται σε αύξηση του κόστους.