Fotogalvaanilise süsteemi efektiivsus on selle mõõtmine, kui suure osa päikesepatareist muundatakse elektrienergiaks. Enamike räni päikesepatareide maksimaalne kasutegur on umbes 15 protsenti. Kuid isegi 15-protsendilise efektiivsusega päikesesüsteem suudab keskmist kodu kulutõhusalt toita.
Kust tuleb energia?
Energia päikesevalguses tuleb pakettides, mida nimetatakse footoniteks. Need footonid kannavad sõltuvalt lainepikkusest kindlat energiakogust. Lainepikkuse vähenemisel suureneb footoni energia. Need footonid ergastavad päikesepatareis olevaid elektrone, mis põhjustab nende voolu läbi vooluahela, tekitades elektrivoolu. Ränis oleva elektroni vabastamiseks vajab footon vähemalt 1,1 elektronvolti energiat. Elektronvolt on energia hulk, mis on vajalik elektroni liigutamiseks läbi ühe voldise potentsiaalivahe. Kui footonil on rohkem kui 1,1 elektronvolti, liigub elektron läbi vooluahela, kuid liigne energia eraldub kuumusena. See on üks põhjus, miks päikesepatareide efektiivsus on nii madal; nad vajavad töötamiseks ainult väga konkreetset energiakogust.
Kui palju päike annab?
Päike annab erineva võimsuse sõltuvalt sellest, kus te olete Maal ja kus ta on. Päikesepaneele hinnatakse tavaliselt eeldades standardtingimusi, mida tuntakse AM1.5 nime all. See tähistab õhumassi 1,5, mis on päikesepaneelide aktsepteeritud katsetingimus. AM1.5 ajal annab päike 1000 vatti ruutmeetri kohta. Tegelik saadaval olev päikeseenergia varieerub aga sõltuvalt asukohast, ilmastikutingimustest ja kellaajast.
Kui suurt osa päikese võimsusest saavad päikeserakud kasutada?
Päikese jõu mõistmiseks kasutame mustkeha spektriks kutsutud kiirgusmudelit. Mustkeha spekter ütleb meile objektide energiajaotuse erinevatel lainepikkustel. Mustkeha spektri põhjal on 23 protsendil päikesest saadud energia lainepikkus liiga pikk, et see oleks päikesepaneelidele kasulik. Need footonid läbivad lihtsalt raku. Teistel lainepikkustel on teatud osa üleliigset energiat. Tegelikult on veel 33 protsenti päikese energiast üleliigne energia, mis pole kasutatav ka räni päikesepatareide jaoks. Seetõttu jätab see räni päikesepatareidele kättesaadavaks ainult 44 protsenti päikese energiast. Suurem osa sellest energiast kaob raku enda peegeldumise ja muude protsesside tõttu. Seega, kuigi teoreetiline maksimaalne efektiivsus võib olla suurem, on ränielementide tegelik efektiivsus tavaliselt umbes 15 protsenti.
Kuidas suurendada paneeli efektiivsust?
Päikesepaneelide efektiivsuse suurendamiseks saame täiustada ja mitmekesistada materjale, mida nende valmistamiseks kasutame. Erinevad materjalid vajavad voolu saamiseks erinevat kogust footoni energiat. Seetõttu võivad hübriidpaneelid hõlmatud energia maksimeerimiseks katta mitmeid erinevaid elektronvoltide väärtusi. Selle lähenemise üheks probleemiks on tootmiskulud. Tavaline päikesepaneel on valmistatud räni, mis on laialt kättesaadav ja hästi mõistetav. Kui päikesepaneelides kasutatavad materjalid muutuvad haruldasemaks ja spetsialiseerunumaks, tõusevad tootmiskulud. Seetõttu kaasneb efektiivsuse suurenemisega ka kulude kasv.
