A fotovoltaikus napelemek félvezető anyagok, amelyek a napfényt villamos energiává alakítják. A félvezetőről úgy gondolhat, mint egy üres polcra egy ugráló gömbökkel teli kuka felett - ahol a golyók olyanok, mint az elektronok a félvezetőben. Az alábbi kukában lévő golyók nem tudnak nagyon messzire mozogni, ezért az anyag rosszul vezet. De ha egy labda felugrik a polcra, akkor nagyon könnyen gurulhat, így az anyag jó vezetővé válik. Amikor a napfény félvezetőbe kerül, ki tud emelni egy gömböt a szemetesből, és a polcra helyezheti. Azt hinné, minél több napfény, annál jobb - több golyó kerül a polcra, nagyobb az áram a napelemből. De a több napfény magasabb hőmérsékletet is jelenthet - és a magasabb hőmérséklet általában csökkenti a napelem áramellátását.
Félvezetők
Amikor a napfény bejut egy napelembe, energiát ad az elektronokhoz, de ezek az energetikai elektronok senkinek sem tesznek jót a napelemben - ki kell jutniuk. Tehát a napelemeket úgy tervezik, hogy a polc szögben legyen. A golyó a polcon gyorsan legördül. Ha a polc alacsony szélétől egy csövet tekerünk az alatta lévő szemetesig, akkor a gömbök lefelé áramlanak a napelemből és vissza. Nagyjából ez történik, amikor az elektromos vezetékeket egy napelemhez csatlakoztatják - az elektronokat a napfény felveszi és áramkörbe tolja.
Teljesítmény egy napelemből
Elektromos értelemben a teljesítmény a feszültség és az áram szorosa. Az áram a napelemből kiszorított elektronok számára vonatkozik, a feszültség pedig az egyes elektronok "lökésére" utal. Visszagondolva a szemetesre és a polcra, az áram a másodpercenként a polcra helyezett golyók száma, a feszültség pedig a polc magas szintje.
Amikor a nap fényesebb lesz. energiát ad több elektronnak - több golyót emel a polcra -, de a polc nem kerül magasabbra. Vagyis a napelem kimeneti feszültsége a napelem felépítésének módjától függ, míg a maximális áram attól függ, hogy mennyi napfényt nyel el. A feszültség és az áram néhány egyéb tényezőtől is függ. Az egyik ilyen a hőmérséklet.
Hőmérsékleti hatások
A hőmérséklet méri, hogy mennyi dolog mozog. Félvezető esetén a hőmérséklet azt méri, hogy az elektronok mennyit mozognak, és mennyit mozognak ezen elektronok tartóik. Ismét a polcra és a gömbökre gondolva, amikor egy félvezető melegebb, olyan, mintha a golyók össze-vissza kavarognának és visszapattannának, és a fenti polc fel-le rezegne.
Egy forró napelemben a gömbök már kissé ugrálnak, a napfénynek könnyebb felvenni és a polcra tenni. Mivel a polc fel-le rezeg, a golyóknak is könnyebb a polcra kerülniük, de mivel nem olyan magasak, nem gurulnak olyan gyorsan. Vagyis amikor egy szilícium napelem felmelegszik, több áramot generál, de kevesebb feszültséget. Sajnos ez csak egy kicsit nagyobb áram és sokkal kevesebb feszültség, így az eredmény az, hogy csökken a teljesítmény.
Napelem kimenet
A napelemek egy csomó, egymással bekötött napelemből készülnek. A különböző gyártók másképp építik a paneljeiket, így előfordulhat, hogy talál egy napelemet 38 cellával, egy másikat 480 cellával. A szilícium napelemek gyártásának különbségei ellenére az anyag nagyjából megegyezik, így a hőmérsékleti hatások is szinte azonosak. Jellemzően a szilícium napelem teljesítménye körülbelül 0,4 százalékkal csökken minden Celsius-fokkal (1,8 Fahrenheit fok).
A hőmérséklet az anyag tényleges hőmérsékletére vonatkozik, és nem a levegő hőmérsékletére, így egy napsütéses napon nem olyan szokatlan, hogy a napelem eléri a 45 ° C-ot (113 F). Ez azt jelenti, hogy egy 20 wattos hőmérsékletre 20 C-on (68 F-on) mért panel csak 180 wattot ad ki.