Fotowoltaiczne ogniwa słoneczne to materiały półprzewodnikowe zaprojektowane do przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną. Możesz myśleć o półprzewodniku jako o pustej półce nad koszem pełnym skaczących piłeczek -- gdzie piłeczki są jak elektrony w półprzewodniku. Kulki w pojemniku poniżej nie mogą się zbytnio przesunąć, przez co materiał słabo się przewodzi. Ale jeśli kula podskoczy na półkę, może się bardzo łatwo toczyć, więc materiał zamienia się w dobry przewodnik. Kiedy światło słoneczne wejdzie do półprzewodnika, może podnieść kulkę z kosza i postawić ją na półce. Można by pomyśleć, że im więcej światła słonecznego, tym lepiej -- więcej kulek na półce, więcej prądu z ogniwa słonecznego. Ale więcej światła słonecznego może również oznaczać wyższe temperatury – a wyższe temperatury generalnie zmniejszają moc ogniwa słonecznego.
Półprzewodniki
Kiedy światło słoneczne wpada do ogniwa słonecznego, dodaje energię do elektronów, ale te energetyczne elektrony nie robią nikomu nic dobrego w ogniwie słonecznym -- muszą się z niego wydostać. Tak więc ogniwa słoneczne są zaprojektowane tak, aby półka była ustawiona pod kątem. Kula na półce szybko się toczy. Jeśli zbudujesz rurkę od dolnej krawędzi półki wijącej się do pojemnika poniżej, kulki spłyną z ogniwa słonecznego iz powrotem. To mniej więcej dzieje się, gdy przewody elektryczne są podłączone do ogniwa słonecznego -- elektrony są wychwytywane przez światło słoneczne i wpychane do obwodu.
Zasilanie z ogniwa słonecznego
W kategoriach elektrycznych moc to napięcie razy prąd. Prąd odnosi się do liczby elektronów wypychanych z ogniwa słonecznego, a napięcie odnosi się do „wypychania”, jakie otrzymuje każdy elektron. Wracając do kosza i półki, prąd to liczba piłek wkładanych na półkę w ciągu sekundy, a napięcie to wysokość półki.
Kiedy słońce staje się jaśniejsze. daje energię większej liczbie elektronów -- podnosi więcej kulek na półkę -- ale półka nie podnosi się wyżej. Oznacza to, że napięcie z ogniwa słonecznego zależy od budowy ogniwa słonecznego, podczas gdy maksymalny prąd zależy od tego, ile światła słonecznego pochłania. Napięcie i prąd zależą również od kilku innych czynników. Jednym z nich jest temperatura.
Wpływ temperatury Temperature
Temperatura mierzy, jak wiele rzeczy się porusza. W przypadku półprzewodnika temperatura mierzy, jak bardzo poruszają się elektrony i jak bardzo poruszają się uchwyty dla tych elektronów. Znowu myśląc o półce i koszu na kulki, kiedy półprzewodnik jest gorętszy, kulki wirują i podskakują w koszu, a półka powyżej wibruje w górę iw dół.
W rozgrzanym ogniwie słonecznym kulki już trochę podskakują, łatwiej jest je podnieść i położyć na półce. Ponieważ półka wibruje w górę iw dół, kulkom jest również łatwiej dostać się na półkę, ale ponieważ nie są tak wysokie, nie toczą się tak szybko. Oznacza to, że gdy krzemowe ogniwo słoneczne nagrzewa się, generuje więcej prądu, ale mniejsze napięcie. Niestety to tylko trochę większy prąd i dużo mniejsze napięcie, więc efekt jest taki, że moc spada.
Wyjście panelu słonecznego
Panele słoneczne są zbudowane z całej masy połączonych ze sobą ogniw słonecznych. Różni producenci budują swoje panele w różny sposób, więc możesz znaleźć jeden panel słoneczny z 38 ogniwami, a drugi z 480 ogniwami. Nawet przy różnicach w produkcji krzemowych paneli słonecznych materiał jest mniej więcej taki sam, więc efekty temperaturowe są również prawie identyczne. Zazwyczaj moc wyjściowa krzemowych ogniw słonecznych spada o około 0,4 procent z każdym stopniem Celsjusza (1,8 stopnia Fahrenheita).
Temperatura odnosi się do rzeczywistej temperatury materiału, a nie temperatury powietrza, więc w słoneczny dzień nie jest niczym niezwykłym, że panel słoneczny osiąga 45 stopni C (113 stopni F). Oznacza to, że panel o mocy 200 watów w temperaturze 20 stopni C (68 stopni F) będzie emitował tylko 180 watów.