יעילות המערכת הפוטו-וולטאית הממוצעת

היעילות של מערכת פוטו וולטאית היא המדידה של כמה מהאנרגיה הסולארית הזמינה תא סולארי הופכת לאנרגיה חשמלית. לרוב תאי השמש הסיליקוניים האופייניים יש יעילות מרבית של כ 15 אחוז. עם זאת, אפילו מערכת סולארית עם יעילות של 15 אחוזים יכולה להניע את הבית הממוצע בצורה חסכונית.

אנרגיה באור השמש מגיעה בחבילות הנקראות פוטונים. פוטונים אלה נושאים כמות ספציפית של אנרגיה, תלוי באורך הגל שלהם. ככל שאורך הגל יורד, האנרגיה של פוטון עולה. פוטונים אלה מלהיבים אלקטרונים בתא הסולרי, מה שגורם להם לזרום במעגלים, ויוצרים זרם חשמלי. על מנת לשחרר אלקטרון בסיליקון, פוטון זקוק לפחות ל -1.1 וולט אלקטרונים של אנרגיה. וולט אלקטרונים הוא כמות האנרגיה הדרושה להעברת אלקטרון בהפרש פוטנציאלי של וולט אחד. אם לפוטון יש יותר מ -1.1 וולט אלקטרונים, אלקטרון יעבור במעגל, אך עודף אנרגיה ישוחרר כחום. זו אחת הסיבות לתאים סולאריים יעילות כה נמוכה; הם זקוקים רק לכמות ספציפית מאוד של אנרגיה על מנת לעבוד.

השמש מספקת כמות שונה של כוח, תלוי איפה אתה נמצא על כדור הארץ והיכן הוא נמצא בשמיים. פאנלים סולאריים מדורגים בדרך כלל בהנחה שתנאים סטנדרטיים המכונים AM1.5. זה מייצג מסת אוויר 1.5, שהיא תנאי הבדיקה המקובלים בפאנלים סולאריים. בשעה AM1.5 השמש מספקת 1,000 וואט למטר מרובע. עם זאת, האנרגיה הסולארית הזמינה בפועל משתנה בהתאם למיקום, לתנאי מזג האוויר ולשעה ביום.

על מנת להבין את כוח השמש אנו משתמשים במודל קרינה הנקרא ספקטרום הגוף השחור. ספקטרום הגוף השחור מספר לנו את התפלגות האנרגיה של עצמים באורכי גל שונים. בהתבסס על ספקטרום גוף שחור, ל- 23 אחוז מהאנרגיה מהשמש יש אורך גל ארוך מכדי שיהיה שימושי לפאנלים סולאריים. הפוטונים האלה פשוט יעברו דרך התא. באורכי גל אחרים יש עודף אנרגיה. למעשה, עוד 33 אחוז מאנרגיית השמש היא אנרגיה עודפת שאינה ניתנת לשימוש עבור תאי שמש סיליקון. לכן, הדבר משאיר רק 44 אחוזים מאנרגיית השמש זמינה לתאי שמש סיליקון. יותר מאנרגיה זו הולכת לאיבוד בגלל השתקפות ותהליכים אחרים בתא עצמו. לפיכך, בעוד שהיעילות המקסימלית התיאורטית עשויה להיות גבוהה יותר, אך היעילות האמיתית של תאי הסיליקון היא בדרך כלל סביב 15 אחוזים.

על מנת להגביר את יעילות הפאנלים הסולאריים אנו יכולים לשפר ולגוון את החומרים בהם אנו משתמשים לייצורם. חומרים שונים דורשים כמות שונה של אנרגיית פוטון כדי לייצר זרם. לכן, לוחות היברידיים יכולים לכסות מספר ערכי וולט אלקטרונים שונים על מנת למקסם את האנרגיה שנלכדת. בעיה אחת בגישה זו היא עלות הייצור. הפאנל הסולארי הסטנדרטי עשוי מסיליקון, שהוא זמין ומובן היטב. ככל שהחומרים המשמשים בפאנלים סולאריים נעשים נדירים ומתמחים יותר, עלות הייצור עולה. לכן, עלייה ביעילות כרוכה בעליית עלויות.