Učinkovitost fotonaponskog sustava mjerenje je koliko solarne ćelije raspoložive solarne energije pretvara u električnu. Većina tipičnih silicijskih solarnih ćelija ima maksimalnu učinkovitost od oko 15 posto. Međutim, čak i solarni sustav s 15-postotnom učinkovitošću može prosječan dom napajati na isplativ način.
Odakle dolazi energija?
Energija na sunčevoj svjetlosti dolazi u paketima koji se zovu fotoni. Ti fotoni nose određenu količinu energije ovisno o njihovoj valnoj duljini. Kako se valna duljina smanjuje, energija fotona raste. Ti fotoni pobuđuju elektrone u solarnoj ćeliji, što uzrokuje njihov protok kroz sklopove stvarajući električnu struju. Da bi oslobodio elektron u siliciju, foton treba najmanje 1,1 elektron volta energije. Elektronski volt je količina energije potrebna za pokretanje elektrona kroz razliku potencijala od jednog volta. Ako foton ima više od 1,1 elektron volta, elektron će se kretati kroz krug, ali višak energije oslobađa se kao toplina. To je jedan od razloga što solarne ćelije imaju tako nisku učinkovitost; za rad trebaju samo vrlo specifičnu količinu energije.
Koliko snage pruža Sunce?
Sunce pruža različitu količinu energije ovisno o tome gdje se nalazite na Zemlji i gdje se nalazi na nebu. Solarni paneli obično se ocjenjuju pod pretpostavkom standardnih uvjeta poznatih kao AM1.5. To znači zračnu masu 1,5, što je prihvaćeni uvjet ispitivanja solarnih panela. U AM1,5, sunce osigurava 1.000 vata po kvadratnom metru. Međutim, stvarna raspoloživa sunčeva energija razlikuje se ovisno o mjestu, vremenskim uvjetima i dobu dana.
Koji postotak sunčeve snage mogu koristiti solarne ćelije?
Da bismo razumjeli sunčevu snagu, koristimo model zračenja koji se naziva spektar crnih tijela. Spektar crnih tijela govori nam o raspodjeli energije objekata na različitim valnim duljinama. Na temelju spektra crnih tijela, 23 posto sunčeve energije ima valnu duljinu predugu da bi bila korisna solarnim pločama. Ti će fotoni samo proći kroz stanicu. Ostale valne duljine imaju nešto viška energije. Zapravo, dodatnih 33 posto sunčeve energije čini višak energije koja je također neupotrebljiva za silicijske solarne ćelije. Stoga ovo ostavlja samo 44 posto sunčeve energije na raspolaganju silicijskim solarnim ćelijama. Više te energije gubi se zbog refleksije i drugih procesa u samoj stanici. Stoga, iako teoretska maksimalna učinkovitost može biti veća, stvarna učinkovitost silicijskih stanica obično je oko 15 posto.
Kako povećavamo učinkovitost ploče?
Kako bismo povećali učinkovitost solarnih panela, možemo poboljšati i diverzificirati materijale koje koristimo za njihovu izradu. Različiti materijali zahtijevaju različitu količinu fotonske energije da bi proizveli struju. Stoga hibridni paneli mogu pokriti niz različitih vrijednosti elektronskih volta kako bi maksimizirali zarobljenu energiju. Jedan od problema s ovim pristupom su troškovi proizvodnje. Standardna solarna ploča izrađena je od silicija koji je široko dostupan i dobro razumljiv. Kako materijali koji se koriste u solarnim pločama postaju rjeđi i specijaliziraniji, troškovi izrade rastu. Prema tome, povećanje učinkovitosti dovodi do povećanja troškova.