Фотоэлектрические солнечные элементы - это полупроводниковые материалы, предназначенные для преобразования солнечного света в электричество. Вы можете представить себе полупроводник как пустую полку над контейнером, полным надувных шаров, где шары подобны электронам в полупроводнике. Шары в нижнем бункере не могут двигаться очень далеко, поэтому материал плохо проводит ток. Но если мяч подпрыгнет к полке, он может очень легко катиться, поэтому материал превращается в хороший проводник. Когда солнечный свет попадает в полупроводник, он может вытащить шар из корзины и положить его на полку. Казалось бы, чем больше солнечного света, тем лучше - больше шаров на полке, больше тока от солнечной батареи. Но больше солнечного света также может означать более высокие температуры, а более высокие температуры обычно снижают мощность солнечного элемента.
Полупроводники
Когда солнечный свет попадает в солнечный элемент, он добавляет энергию электронам, но эти энергичные электроны никому не приносят пользы в солнечном элементе - они должны убираться. Итак, солнечные элементы спроектированы так, что полка находится под углом. Шарик на полке быстро скатывается. Если вы соорудите трубку от нижнего края полки, оборачиваясь вокруг корзины, расположенной ниже, то шарики будут стекать вниз из солнечного элемента и обратно. Это примерно то, что происходит, когда электрические провода подключаются к солнечному элементу - электроны улавливаются солнечным светом и попадают в цепь.
Энергия от солнечной батареи
С точки зрения электричества, мощность - это напряжение, умноженное на ток. Ток означает количество электронов, выталкиваемых из солнечного элемента, а напряжение - это «толчок», который получает каждый электрон. Если вспомнить корзину и полку, ток - это количество шариков, которые кладутся на полку каждую секунду, а напряжение - это высота полки.
Когда солнце станет ярче. он дает энергию большему количеству электронов - поднимает больше шаров на полку - но полка не становится выше. То есть напряжение солнечного элемента зависит от того, как он построен, а максимальный ток зависит от того, сколько солнечного света он поглощает. Напряжение и ток также зависят от некоторых других факторов. Один из них - температура.
Температурные эффекты
Температура измеряет, сколько вещей движется. В случае полупроводника температура измеряет, насколько сильно перемещаются электроны и насколько перемещаются держатели для этих электронов. Снова думая о полке и корзине с шариками, когда полупроводник более горячий, это как если бы шарики взбалтывались и подпрыгивали в корзине, а полка наверху колебалась вверх и вниз.
В горячем солнечном элементе шары уже немного подпрыгивают, солнечному свету легче их подобрать и поставить на полку. Поскольку полка колеблется вверх и вниз, шарикам также легче попасть на полку, но поскольку они не такие высокие, они не так быстро катятся. То есть, когда кремниевый солнечный элемент нагревается, он генерирует больше тока, но меньше напряжения. К сожалению, это просто немного больше тока и намного меньше напряжения, поэтому в результате мощность уменьшается.
Выход солнечной панели
Солнечные панели построены из целого набора солнечных элементов, соединенных вместе. Разные производители создают свои панели по-разному, поэтому вы можете найти одну солнечную панель с 38 ячейками, а другую с 480 ячейками. Даже несмотря на различия в производстве кремниевых солнечных панелей, материал более или менее одинаков, поэтому температурные эффекты также почти идентичны. Обычно выходная мощность кремниевых солнечных элементов падает примерно на 0,4 процента на каждый градус Цельсия (1,8 градуса по Фаренгейту).
Температура относится к фактической температуре материала, а не к температуре воздуха, поэтому в солнечный день солнечная панель нередко достигает 45 градусов по Цельсию (113 градусов по Фаренгейту). Это означает, что панель, рассчитанная на 200 Вт при 20 ° C (68 ° F), будет выдавать только 180 Вт.