Fotovoltaïsche zonnecellen zijn halfgeleidermaterialen die zijn ontwikkeld om zonlicht om te zetten in elektriciteit. Je kunt een halfgeleider zien als een lege plank boven een bak vol stuiterende ballen - waar de ballen zijn als elektronen in een halfgeleider. De ballen in de bak eronder kunnen niet zo ver bewegen, waardoor het materiaal slecht geleidt. Maar als een bal op de plank springt, kan hij heel gemakkelijk rollen, waardoor het materiaal een goede geleider wordt. Wanneer zonlicht in een halfgeleider komt, kan het een bal uit de bak tillen en op de plank leggen. Je zou denken hoe meer zonlicht, hoe beter -- meer ballen op de plank, meer stroom van de zonnecel. Maar meer zonlicht kan ook hogere temperaturen betekenen - en hogere temperaturen verminderen over het algemeen het vermogen van een zonnecel.
Halfgeleiders
Wanneer zonlicht in een zonnecel komt, voegt het energie toe aan elektronen, maar die energetische elektronen doen niemand iets goeds in de zonnecel -- ze moeten eruit. Dus zonnecellen zijn zo ontworpen dat de plank schuin staat. Een bal op de plank rolt snel naar beneden. Als je een buis bouwt van de lage rand van de plank die ronddraait naar de bak eronder, dan zullen de ballen uit de zonnecel naar beneden stromen en terug. Dat is min of meer wat er gebeurt als elektrische draden worden aangesloten op een zonnecel - elektronen worden opgevangen door zonlicht en in een circuit geduwd.
Stroom uit een zonnecel
In elektrische termen is vermogen spanning maal stroom. Stroom verwijst naar het aantal elektronen dat uit de zonnecel wordt geduwd, en spanning verwijst naar de "duw" die elk elektron krijgt. Terugdenkend aan de bak en de plank, is stroom het aantal ballen dat elke seconde op de plank wordt geplaatst en is de spanning hoe hoog de plank is.
Als de zon feller wordt. het geeft energie aan meer elektronen -- tilt meer ballen op de plank -- maar de plank wordt niet hoger. Dat wil zeggen, de spanning van een zonnecel hangt af van hoe de zonnecel is gebouwd, terwijl de maximale stroom afhangt van hoeveel zonlicht het absorbeert. De spanning en stroom hangen ook af van enkele andere factoren. Een daarvan is de temperatuur.
Temperatuureffecten
Temperatuur meet hoeveel dingen bewegen. In het geval van een halfgeleider meet de temperatuur hoeveel de elektronen bewegen en hoeveel de houders voor die elektronen bewegen. Wederom denkend aan de plank en de bak met ballen, wanneer een halfgeleider heter is, is het alsof de ballen in de bak draaien en rondstuiteren en de plank erboven op en neer trilt.
In een hete zonnecel stuiteren de balletjes al een beetje rond, het zonlicht kan ze makkelijker oppakken en op de plank leggen. Doordat de plank op en neer trilt, komen de balletjes ook makkelijker op de plank, maar omdat ze niet zo hoog zijn, rollen ze niet zo snel. Dat wil zeggen, wanneer een siliciumzonnecel heter wordt, genereert deze meer stroom maar minder spanning. Helaas is het net iets meer stroom en een stuk minder spanning, dus het resultaat is dat het vermogen afneemt.
Uitgang zonnepaneel
Zonnepanelen zijn opgebouwd uit een hele reeks zonnecellen die met elkaar verbonden zijn. Verschillende fabrikanten bouwen hun panelen anders, dus misschien vind je het ene zonnepaneel met 38 cellen en het andere met 480 cellen. Zelfs met verschillen in de fabricage van siliciumzonnepanelen, is het materiaal min of meer hetzelfde, dus de temperatuureffecten zijn ook bijna identiek. Doorgaans daalt het uitgangsvermogen van siliciumzonnecellen ongeveer 0,4 procent met elke graad Celsius (1,8 graden Fahrenheit).
De temperatuur verwijst naar de werkelijke materiaaltemperatuur, en niet de luchttemperatuur, dus op een zonnige dag is het niet ongebruikelijk dat een zonnepaneel 45 graden C (113 graden F) bereikt. Dat betekent dat een paneel met een vermogen van 200 watt bij 20 graden C (68 graden F) slechts 180 watt levert.