Le celle solari fotovoltaiche sono materiali semiconduttori progettati per convertire la luce solare in elettricità. Puoi pensare a un semiconduttore come a uno scaffale vuoto sopra un cestino pieno di palline rimbalzanti, dove le palline sono come gli elettroni in un semiconduttore. Le palline nel cestino sottostante non possono muoversi molto lontano, quindi il materiale conduce male. Ma se una palla salta sullo scaffale, può rotolare molto facilmente, quindi il materiale si trasforma in un buon conduttore. Quando la luce del sole entra in un semiconduttore, può sollevare una palla dal cestino e metterla sullo scaffale. Penseresti che più luce solare, meglio è: più palline messe sullo scaffale, più corrente dalla cella solare. Ma più luce solare può anche significare temperature più elevate e temperature più elevate generalmente riducono la potenza di una cella solare.
Semiconduttori
Quando la luce solare entra in una cella solare, aggiunge energia agli elettroni, ma quegli elettroni energetici non fanno bene a nessuno nella cella solare: devono uscire. Quindi le celle solari sono progettate in modo che lo scaffale sia inclinato. Una palla sullo scaffale rotola rapidamente verso il basso. Se costruisci un tubo dal bordo inferiore dello scaffale che si avvolge intorno al cestino sottostante, le palline scorreranno giù dalla cella solare e torneranno indietro. Questo è più o meno ciò che accade quando i cavi elettrici sono collegati a una cella solare: gli elettroni vengono raccolti dalla luce solare e spinti in un circuito.
Energia da una cella solare
In termini elettrici, la potenza è la tensione per la corrente. La corrente si riferisce al numero di elettroni che vengono spinti fuori dalla cella solare e la tensione si riferisce alla "spinta" che ogni elettrone riceve. Ripensando al cestino e allo scaffale, la corrente è il numero di palline messe sullo scaffale ogni secondo e la tensione è quanto è alto lo scaffale.
Quando il sole diventa più luminoso. dà energia a più elettroni - solleva più palline sullo scaffale - ma lo scaffale non sale più in alto. Cioè, la tensione in uscita da una cella solare dipende da come è costruita la cella solare, mentre la corrente massima dipende da quanta luce solare assorbe. La tensione e la corrente dipendono anche da altri fattori. Uno di questi è la temperatura.
Effetti della temperatura
La temperatura misura la quantità di cose che si muovono. Nel caso di un semiconduttore, la temperatura misura quanto si muovono gli elettroni e quanto si muovono i detentori di quegli elettroni. Pensando ancora allo scaffale e al cestino delle palline, quando un semiconduttore è più caldo, è come se le palline stessero agitandosi e rimbalzando nel cestino e lo scaffale sopra vibrasse su e giù.
In una cella solare calda, le palline stanno già rimbalzando un po', è più facile per la luce del sole raccoglierle e metterle sullo scaffale. Poiché lo scaffale vibra su e giù, è anche più facile per le palline salire sullo scaffale, ma poiché non sono così alti, non rotolano così velocemente. Cioè, quando una cella solare al silicio diventa più calda, genera più corrente ma meno tensione. Sfortunatamente, è solo un po' più di corrente e molta meno tensione, quindi il risultato è che la potenza diminuisce.
Uscita del pannello solare
I pannelli solari sono costituiti da un intero gruppo di celle solari collegate insieme. Diversi produttori costruiscono i loro pannelli in modo diverso, quindi potresti trovare un pannello solare con 38 celle e un altro con 480 celle. Anche con differenze nella produzione di pannelli solari in silicio, il materiale è più o meno lo stesso, quindi anche gli effetti della temperatura sono quasi identici. In genere, la potenza della cella solare al silicio scende di circa lo 0,4 percento ogni grado Celsius (1,8 gradi Fahrenheit).
La temperatura si riferisce alla temperatura effettiva del materiale e non alla temperatura dell'aria, quindi in una giornata di sole non è insolito che un pannello solare raggiunga i 45 gradi C (113 gradi F). Ciò significa che un pannello valutato per 200 watt a 20 gradi C (68 gradi F) emetterà solo 180 watt.