Czy większe ogniwa słoneczne są bardziej wydajne?

Fotowoltaiczne ogniwa słoneczne pochłaniają energię światła słonecznego i przekształcają ją w energię elektryczną. Aby proces zadziałał, światło słoneczne musi przedostać się do materiału ogniwa słonecznego i zostać wchłonięte, a energia musi wydostać się z ogniwa słonecznego. Każdy z tych czynników wpływa na wydajność ogniwa słonecznego. Niektóre czynniki są takie same dla dużych i małych ogniw słonecznych, ale są też takie, które różnią się wielkością. Różne czynniki sprawiają, że mniejsze ogniwa słoneczne są bardziej wydajne niż ich większe odpowiedniki.

Istnieje kilka różnych sposobów definiowania wydajności. Ten, który ma największy sens z punktu widzenia konsumenta, to stosunek wyprodukowanej energii elektrycznej do całkowitej energii słonecznej docierającej do obszaru ogniwa słonecznego. Istnieje wiele rodzajów ogniw słonecznych. Ogniwa wielofunkcyjne są bardzo drogie, ale ich wydajność może wynosić około 40 procent. Ogniwa krzemowe mają wydajność od 13 do 18 procent, podczas gdy inne podejścia, zwane ogniwami „cienkimi filmami”, mają wydajność od 6 do 14 procent. Materiał, projekt i konstrukcja ogniwa mają znacznie większy wpływ na wydajność niż rozmiar.

Pierwszym czynnikiem decydującym o wydajności ogniwa słonecznego jest ilość światła, która wnika do materiału ogniwa słonecznego. Powierzchnia ogniwa słonecznego musi mieć jakiś styk elektryczny, aby zakończyć obwód i wyprowadzić zasilanie. Elektrody te blokują światło słoneczne przed dotarciem do materiału pochłaniającego. Niestety, nie można po prostu umieścić małych elektrod na krawędzi ogniwa słonecznego, ponieważ wtedy traci się zbyt dużo energii elektrycznej na rzecz oporu w materiale ogniwa słonecznego. Oznacza to, że jeśli masz duże ogniwo słoneczne - powiedzmy około 5 cali kwadratowych - będziesz musiał mieć kilka elektrod na powierzchni, blokujących światło. Jeśli twoje ogniwo słoneczne ma pół cala na cal, możesz sobie poradzić z mniejszym procentem powierzchni pokrytej elektrodami.

Kiedy światło słoneczne dostanie się do materiału ogniwa słonecznego, będzie się przemieszczać, aż wejdzie w interakcję z elektronem w materiale. Jeśli elektron pochłonie energię światła słonecznego, otrzyma impuls. Może stracić tę energię, wpadając na inne elektrony. Przeważnie nie zależy to od wielkości ogniwa słonecznego. Zależy to tylko od jego składu i projektu. Jeśli jednak elektrony muszą iść dalej w materiale półprzewodnikowym, jest bardziej prawdopodobne, że mogą stracić energię. Zmniejszając odległość od elektrod, zmniejsza się prawdopodobieństwo, że elektron straci energię. Ponieważ większe ogniwa są zaprojektowane z większą liczbą elektrod, odległość jest mniej więcej taka sama, więc nie zmienia się to zbytnio wraz z rozmiarem ogniwa słonecznego.

Opór jest miarą tego, jak trudno jest elektronowi przejść przez obwód. Gdy wszystko inne jest równe, krótsza odległość powoduje mniejszy opór, co oznacza, że ​​mniejsze komórki będą marnować mniej energii i będą nieco bardziej wydajne. Mimo że wszystkie te efekty faworyzują mniejsze ogniwa nad większymi, mają one bardzo mały wpływ na wydajność. Ponieważ ogniwa słoneczne stają się naprawdę przydatne tylko wtedy, gdy są połączone razem, zwykle ma sens użycie większych ogniw, aby nie trzeba było wykonywać tak wielu prac montażowych. Zazwyczaj krzemowe ogniwa słoneczne mają powierzchnię około 5 do 6 cali kwadratowych, co odpowiada rozmiarowi surowego krzemu, z którego są zbudowane. Następnie układa się je w panele kilka stóp z boku.