Wydajność systemu fotowoltaicznego jest miarą tego, ile dostępnej energii słonecznej ogniwo słoneczne przekształca w energię elektryczną. Większość typowych krzemowych ogniw słonecznych ma maksymalną wydajność około 15 procent. Jednak nawet system słoneczny o wydajności 15 procent może zasilać przeciętny dom w opłacalny sposób.
Skąd pochodzi energia?
Energia w świetle słonecznym jest dostarczana w pakietach zwanych fotonami. Fotony te niosą określoną ilość energii w zależności od ich długości fali. Wraz ze spadkiem długości fali wzrasta energia fotonu. Fotony te wzbudzają elektrony w ogniwie słonecznym, co powoduje ich przepływ przez obwody, wytwarzając prąd elektryczny. Aby uwolnić elektron z krzemu, foton potrzebuje co najmniej 1,1 elektronowolt energii. Elektronowolt to ilość energii potrzebna do przemieszczenia elektronu przez różnicę potencjałów wynoszącą jeden wolt. Jeśli foton ma więcej niż 1,1 elektronowoltów, elektron będzie poruszał się w obwodzie, ale nadmiar energii zostanie uwolniony w postaci ciepła. Jest to jeden z powodów, dla których ogniwa słoneczne mają tak niską wydajność; potrzebują tylko bardzo określonej ilości energii, aby pracować.
Ile mocy zapewnia słońce?
Słońce zapewnia różną ilość energii w zależności od tego, gdzie jesteś na Ziemi i gdzie jest na niebie. Panele słoneczne są zwykle oceniane przy założeniu standardowych warunków znanych jako AM1.5. Oznacza to masę powietrza 1,5, która jest akceptowanym warunkiem testu dla paneli słonecznych. W AM1.5 słońce dostarcza 1000 watów na metr kwadratowy. Jednak rzeczywista dostępna energia słoneczna różni się w zależności od lokalizacji, warunków pogodowych i pory dnia.
Jaki procent mocy słonecznej mogą wykorzystać ogniwa słoneczne?
Aby zrozumieć moc Słońca, posługujemy się modelem promieniowania zwanym widmem ciała doskonale czarnego. Widmo ciała doskonale czarnego mówi nam o rozkładzie energii obiektów na różnych długościach fal. Opierając się na widmie ciała doskonale czarnego, 23 procent energii słonecznej ma długość fali zbyt długą, aby mogła być użyteczna dla paneli słonecznych. Te fotony po prostu przejdą przez komórkę. Inne długości fal mają pewną nadwyżkę energii. W rzeczywistości kolejne 33 procent energii słonecznej to nadwyżka energii, która również nie nadaje się do wykorzystania w krzemowych ogniwach słonecznych. Dlatego pozostawia to tylko 44 procent energii słonecznej dostępnej dla krzemowych ogniw słonecznych. Więcej tej energii jest tracone z powodu odbicia i innych procesów w samej komórce. Stąd, podczas gdy teoretyczna maksymalna wydajność może być wyższa, rzeczywista wydajność ogniw krzemowych wynosi zwykle około 15 procent.
Jak zwiększamy wydajność paneli?
Aby zwiększyć wydajność paneli słonecznych, możemy ulepszyć i urozmaicić materiały, z których je wykonujemy. Różne materiały wymagają różnej ilości energii fotonów do wytworzenia prądu. Dlatego panele hybrydowe mogą pokrywać wiele różnych wartości elektronowoltów, aby zmaksymalizować przechwyconą energię. Jednym z problemów związanych z tym podejściem jest koszt produkcji. Standardowy panel słoneczny wykonany jest z krzemu, który jest powszechnie dostępny i dobrze poznany. Ponieważ materiały stosowane w panelach słonecznych stają się coraz rzadsze i bardziej wyspecjalizowane, wzrastają koszty produkcji. Dlatego wzrost wydajności wiąże się ze wzrostem kosztów.