Aurinkosähköjärjestelmän tehokkuus on sen mittaaminen, kuinka suuri osa käytettävissä olevasta aurinkoenergiasta aurinkokenno muuntaa sähköenergiaksi. Tyypillisimpien pii-aurinkokennojen hyötysuhde on noin 15 prosenttia. Jopa 15 prosentin hyötysuhteella varustettu aurinkokunta voi kuitenkin käyttää keskimääräistä kotia kustannustehokkaalla tavalla.
Mistä energia tulee?
Energia auringonvalossa tulee paketeiksi, joita kutsutaan fotoneiksi. Nämä fotonit kuljettavat tietyn määrän energiaa aallonpituudestaan riippuen. Aallonpituuden pienentyessä fotonin energia kasvaa. Nämä fotonit herättävät aurinkokennon elektroneja, mikä saa ne virtaamaan piirien läpi, mikä luo sähkövirtaa. Elektronin vapauttamiseksi piistä fotoni tarvitsee vähintään 1,1 elektronivolttia energiaa. Elektronivoltti on energiamäärä, joka tarvitaan elektronin siirtämiseen yhden voltin potentiaalieron läpi. Jos fotonilla on yli 1,1 elektronivolttia, elektroni liikkuu piirin läpi, mutta ylimääräinen energia vapautuu lämpönä. Tämä on yksi syy siihen, että aurinkokennoilla on niin alhainen hyötysuhde; he tarvitsevat vain hyvin tietyn määrän energiaa toimiakseen.
Kuinka paljon aurinko tarjoaa?
Aurinko tarjoaa eri määrän virtaa riippuen siitä missä olet maapallolla ja missä se on taivaalla. Aurinkopaneelit luokitellaan tyypillisesti olettaen, että vakio-olosuhteet tunnetaan nimellä AM1.5. Tämä tarkoittaa ilmamassaa 1,5, joka on hyväksytty testiehto aurinkopaneeleille. AM1.5: lla aurinko tuottaa 1000 wattia neliömetriä kohti. Todellinen käytettävissä oleva aurinkoenergia vaihtelee kuitenkin sijainnin, sääolojen ja vuorokaudenajan mukaan.
Kuinka suuren osan aurinkoenergiasta aurinkokennot voivat käyttää?
Ymmärrämme auringon voiman käyttämällä säteilymallia, jota kutsutaan mustan rungon spektriksi. Mustan rungon spektri kertoo kohteiden energian jakautumisen eri aallonpituuksilla. Mustakehospektrin perusteella 23 prosentilla aurinkoenergiasta on liian pitkä aallonpituus, jotta siitä ei ole hyötyä aurinkopaneeleille. Nuo fotonit kulkevat vain solun läpi. Muilla aallonpituuksilla on jonkin verran ylimääräistä energiaa. Itse asiassa toinen 33 prosenttia auringon energiasta on ylimääräistä energiaa, joka on käyttökelvoton myös pii-aurinkokennoille. Siksi vain 44 prosenttia auringon energiasta jää pii-aurinkokennojen saataville. Enemmän tätä energiaa menetetään itse solussa tapahtuvan heijastuksen ja muiden prosessien vuoksi. Vaikka teoreettinen maksimitehokkuus voi olla korkeampi, piikennojen todellinen hyötysuhde on yleensä noin 15 prosenttia.
Kuinka lisäämme paneelin tehokkuutta?
Aurinkopaneelien tehokkuuden lisäämiseksi voimme parantaa ja monipuolistaa niiden valmistamiseen käytettyjä materiaaleja. Eri materiaalit vaativat eri määrän fotonienergiaa virran tuottamiseksi. Siksi hybridipaneelit voivat peittää useita erilaisia elektronijännitearvoja talteen otetun energian maksimoimiseksi. Yksi ongelma tässä lähestymistavassa on valmistuskustannukset. Tavallinen aurinkopaneeli on valmistettu piistä, joka on laajalti saatavilla ja hyvin ymmärrettävää. Kun aurinkopaneeleissa käytetyt materiaalit harventuvat ja erikoistuvat, valmistuskustannukset nousevat. Siksi tehokkuuden kasvu johtaa kustannusten nousuun.