Οι επιπτώσεις της θερμοκρασίας στην παραγωγή ενέργειας από ηλιακούς συλλέκτες

Τα φωτοβολταϊκά ηλιακά πάνελ μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρισμό, οπότε θα σκεφτόσασταν ότι όσο περισσότερο ηλιακό φως, τόσο καλύτερο. Αυτό δεν ισχύει πάντα, επειδή το φως του ήλιου αποτελείται όχι μόνο από το φως που βλέπετε, αλλά και από αόρατη υπέρυθρη ακτινοβολία, η οποία μεταφέρει θερμότητα. Το ηλιακό σας πάνελ θα έχει εξαιρετική απόδοση αν πάρει πολύ φως, αλλά καθώς γίνεται πιο ζεστό, η απόδοσή του υποβαθμίζεται.

Τα φωτοβολταϊκά ηλιακά πάνελ είναι συγκροτήματα μεμονωμένων κυψελών από υλικό ημιαγωγών. Η τάση που παράγει ένα ηλιακό στοιχείο καθορίζεται ως επί το πλείστον από την επιλογή του ημιαγωγού και τις λεπτομέρειες των στρωμάτων ημιαγωγών. Ηλιακά στοιχεία πυριτίου - η πιο συνηθισμένη επιλογή - βγάζουν περίπου μισό βολτ από κάθε κυψέλη. Το ρεύμα που παράγεται από ένα ηλιακό κύτταρο είναι συνάρτηση της ποσότητας του ηλιακού φωτός που το χτυπά. Όσο περισσότερο ηλιακό φως το χτυπά, τόσο περισσότερο ρεύμα θα παράγει, μέχρι τα όρια του κυττάρου. Η ηλεκτρική ισχύς είναι το προϊόν της τρέχουσας εποχής της τάσης. Ένα μικρό ηλιακό πάνελ θα μπορούσε να έχει 36 κελιά ενσύρματο μαζί για να παράγει περίπου 18 βολτ συνολικά με ρεύμα 2 αμπέρ. Αυτό το ηλιακό πλαίσιο θα έχει ονομαστική ισχύ για 18 βολτ x 2 αμπέρ = 36 watt μέγιστης ισχύος. Εάν φωτιστεί για μια ώρα, τότε θα παράγει 36 watt-ώρες ενέργειας.

Οι κατασκευαστές ηλιακών πάνελ δοκιμάζουν τα προϊόντα τους σε τυπικές συνθήκες 25 βαθμών Κελσίου (77 βαθμούς Φαρενάιτ) με ηλιακή ακτινοβολία 1.000 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο. Η ηλιακή μόνωση είναι ένα μέτρο του πόσο ηλιακή ενέργεια χτυπά κάθε τετραγωνικό μέτρο κάθετα προς την κατεύθυνση του ηλιακού φωτός. Η ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 1.000 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο περίπου το μεσημέρι σε πολύ σαφείς ημέρες, και αυτό θα κάνει το ηλιακό σας πάνελ να παράγει περισσότερο ρεύμα, πράγμα που σημαίνει περισσότερη ισχύ. Δυστυχώς, είναι μια διαφορετική ιστορία με τη θερμοκρασία. Καθώς οι θερμοκρασίες των ηλιακών κυψελών αυξάνονται πάνω από 25 βαθμούς Κελσίου, το ρεύμα αυξάνεται πολύ ελαφρώς, αλλά η τάση μειώνεται πιο γρήγορα. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι η μείωση της ισχύος εξόδου με την αύξηση της θερμοκρασίας. Τα τυπικά ηλιακά πάνελ πυριτίου έχουν συντελεστή θερμοκρασίας περίπου -0,4 έως -0,5 τοις εκατό. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε βαθμό Κελσίου άνω των 25, η έξοδος ισχύος από τη συστοιχία θα μειωθεί κατά αυτό το ποσοστό. Σε 45 βαθμούς Κελσίου (113 βαθμοί Φαρενάιτ), ένα ηλιακό πλαίσιο 40 watt με συντελεστή θερμοκρασίας -0,4 θα παρήγαγε λιγότερο από 37 watt.

Η απόδοση του ηλιακού σας πάνελ αναφέρεται στους 25 βαθμούς Κελσίου και μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Ευτυχώς, αυξάνεται ξανά καθώς μειώνεται η θερμοκρασία. Εάν βρίσκεστε σε εύκρατη περιοχή, η απόδοση που χάνετε στη ζέστη του καλοκαιριού θα επιστραφεί σε δροσερές και καθαρές χειμερινές μέρες. Εάν αυτό δεν είναι αρκετό παρηγοριά για εσάς, μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε την ηλιακή σας συστοιχία για να επωφεληθείτε από τα φυσικά αποτελέσματα ψύξης των ρευμάτων διοχέτευσης ανέμου για να μεταφέρετε τη θερμότητα μακριά από τους ηλιακούς συλλέκτες σας. Για συστήματα τοποθετημένα σε στέγη, αυτό μπορεί να είναι τόσο απλό όσο φροντίζετε να αφήσετε χώρο 6 ιντσών μεταξύ των πάνελ σας και της οροφής σας. Μπορείτε να ακολουθήσετε μια πιο ενεργή προσέγγιση στην ψύξη χρησιμοποιώντας την ψύξη με εξάτμιση - χρησιμοποιώντας την εξάτμιση του νερού για να κρυώσετε τα πάνελ σας με τον ίδιο τρόπο που ο ιδρώτας ψύχει το δέρμα σας σε μια καυτή ημέρα.

Μια εναλλακτική λύση στα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ πυριτίου έρχεται με τη μορφή πάνελ λεπτής μεμβράνης. Είναι κατασκευασμένα με διαφορετικά υλικά ημιαγωγών και ο συντελεστής θερμοκρασίας τους είναι μόνο περίπου το μισό από αυτόν του πυριτίου. Τα πάνελ λεπτής μεμβράνης δεν ξεκινούν με τόσο υψηλή απόδοση όσο τα φωτοβολταϊκά κρυσταλλικού πυριτίου, αλλά η χαμηλότερη ευαισθησία τους σε υψηλότερες θερμοκρασίες τους καθιστά μια ελκυστική επιλογή για πολύ ζεστές τοποθεσίες. Τα πάνελ λεπτής μεμβράνης χρησιμοποιούνται ακριβώς με τον ίδιο τρόπο όπως τα κρυσταλλικά αντίστοιχά τους, αλλά συνήθως είναι δύο% λιγότερο αποτελεσματικά. Ο συντελεστής θερμοκρασίας κυμαίνεται από περίπου -0,2 έως -0,3 τοις εκατό. Υπάρχουν άλλα κρυσταλλικά υλικά που ξεκινούν με υψηλότερη απόδοση από το πυρίτιο και έχουν επίσης θετικό συντελεστή θερμοκρασίας. Αυτό σημαίνει ότι γίνονται καλύτερα καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Είναι επίσης πολύ ακριβό, γεγονός που περιορίζει τη χρήση τους σε ορισμένες εξειδικευμένες εφαρμογές. Τελικά, όμως, μπορούσαν να φτάσουν σε κατοικίες.