Эффективность фотоэлектрической системы - это измерение того, сколько доступной солнечной энергии солнечный элемент преобразует в электрическую энергию. Наиболее типичные кремниевые солнечные элементы имеют максимальную эффективность около 15 процентов. Однако даже солнечная система с 15-процентной эффективностью может обеспечить экономичное питание среднего дома.
Откуда берется энергия?
Энергия солнечного света поступает в виде пакетов, называемых фотонами. Эти фотоны несут определенное количество энергии в зависимости от их длины волны. По мере уменьшения длины волны энергия фотона увеличивается. Эти фотоны возбуждают электроны в солнечном элементе, что заставляет их проходить через схему, создавая электрический ток. Чтобы освободить электрон в кремнии, фотону требуется не менее 1,1 электрон-вольт энергии. Электрон-вольт - это количество энергии, необходимое для перемещения электрона через разность потенциалов в один вольт. Если фотон имеет более 1,1 электрон-вольт, электрон будет двигаться по цепи, но избыточная энергия будет выделяться в виде тепла. Это одна из причин того, что солнечные элементы имеют такой низкий КПД; им нужно только очень определенное количество энергии, чтобы работать.
Сколько энергии дает Солнце?
Солнце дает разное количество энергии в зависимости от того, где вы находитесь на Земле и где оно находится в небе. Солнечные панели обычно рассчитываются при стандартных условиях, известных как AM1.5. Это означает массу воздуха 1,5, что является принятым условием испытаний для солнечных панелей. При AM1.5 мощность солнца составляет 1000 Вт на квадратный метр. Однако фактическая доступная солнечная энергия зависит от местоположения, погодных условий и времени суток.
Какой процент солнечной энергии могут использовать солнечные элементы?
Чтобы понять силу солнца, мы используем модель излучения, называемую спектром черного тела. Спектр черного тела говорит нам о распределении энергии объектов на разных длинах волн. Судя по спектру абсолютно черного тела, 23 процента солнечной энергии имеет длину волны, слишком большую для использования в солнечных батареях. Эти фотоны просто пройдут через клетку. Волны других длин обладают некоторой избыточной энергией. Фактически, еще 33 процента солнечной энергии - это избыточная энергия, которая также непригодна для кремниевых солнечных элементов. Таким образом, остается только 44 процента солнечной энергии, доступной кремниевым солнечным элементам. Большая часть этой энергии теряется из-за отражения и других процессов в самой клетке. Следовательно, хотя теоретическая максимальная эффективность может быть выше, реальная эффективность кремниевых элементов обычно составляет около 15 процентов.
Как повысить эффективность панели?
Чтобы повысить эффективность солнечных панелей, мы можем улучшить и разнообразить материалы, которые мы используем для их изготовления. Разным материалам для создания тока требуется разное количество энергии фотонов. Следовательно, гибридные панели могут охватывать ряд различных значений электронного напряжения, чтобы максимизировать захваченную энергию. Одна из проблем этого подхода - стоимость производства. Стандартная солнечная панель сделана из кремния, который широко доступен и хорошо изучен. Поскольку материалы, используемые в солнечных панелях, становятся все более редкими и специализированными, стоимость производства растет. Следовательно, повышение эффективности связано с увеличением затрат.