Účinnosť fotovoltaického systému je meranie množstva dostupnej slnečnej energie, ktorú solárny článok premení na elektrickú energiu. Väčšina typických kremíkových solárnych článkov má maximálnu účinnosť okolo 15 percent. Avšak aj solárny systém s 15-percentnou účinnosťou môže priemernú domácnosť napájať nákladovo efektívnym spôsobom.
Odkiaľ pochádza energia?
Energia na slnečnom svetle prichádza v balíkoch nazývaných fotóny. Tieto fotóny nesú určité množstvo energie v závislosti od ich vlnovej dĺžky. So znižovaním vlnovej dĺžky sa zvyšuje energia fotónu. Tieto fotóny excitujú elektróny v solárnom článku, čo spôsobuje ich prúdenie cez obvody a vytváranie elektrického prúdu. Na uvoľnenie elektrónu v kremíku potrebuje fotón najmenej 1,1 elektrónvoltu energie. Elektrónový volt je množstvo energie potrebnej na pohyb elektrónu cez rozdiel potenciálu jedného voltu. Ak má fotón viac ako 1,1 elektrónvoltu, elektrón sa bude pohybovať v okruhu, ale prebytočná energia sa bude uvoľňovať ako teplo. To je jeden z dôvodov, prečo majú solárne články tak nízku účinnosť; na prácu potrebujú iba veľmi konkrétne množstvo energie.
Koľko energie poskytuje slnko?
Slnko poskytuje rôzne množstvo energie v závislosti od toho, kde sa nachádzate na Zemi a kde je na oblohe. Solárne panely sú zvyčajne klasifikované za predpokladu štandardných podmienok známych ako AM1.5. To znamená vzduchová hmotnosť 1,5, ktorá je akceptovanou skúšobnou podmienkou pre solárne panely. V čase AM1,5 poskytuje slnko 1 000 wattov na meter štvorcový. Skutočná dostupná slnečná energia sa však líši podľa polohy, poveternostných podmienok a dennej doby.
Aké percento sily Slnka môžu solárne články využiť?
Aby sme pochopili slnečnú silu, používame model žiarenia nazývaný spektrum čiernych telies. Spektrum čiernych telies nám hovorí o distribúcii energie objektov pri rôznych vlnových dĺžkach. Na základe spektra čiernych telies má 23 percent energie zo slnka príliš dlhú vlnovú dĺžku, aby bolo užitočné pre solárne panely. Tieto fotóny len prejdú bunkou. Ostatné vlnové dĺžky majú určitú prebytočnú energiu. V skutočnosti ďalších 33 percent slnečnej energie predstavuje prebytočná energia, ktorá je tiež nepoužiteľná pre kremíkové solárne články. Preto zostáva len 44 percent slnečnej energie dostupnej pre kremíkové solárne články. Viac tejto energie sa stráca v dôsledku odrazu a iných procesov v samotnej bunke. Aj keď teda teoretická maximálna účinnosť môže byť vyššia, skutočná účinnosť kremíkových článkov je zvyčajne okolo 15 percent.
Ako zvýšime účinnosť panelu?
S cieľom zvýšiť účinnosť solárnych panelov môžeme vylepšiť a diverzifikovať materiály, ktoré používame na ich výrobu. Rôzne materiály vyžadujú na výrobu prúdu iné množstvo energie fotónov. Hybridné panely preto môžu pokryť množstvo rôznych hodnôt elektrónového voltu, aby sa maximalizovala zachytená energia. Jedným problémom tohto prístupu sú výrobné náklady. Štandardný solárny panel je vyrobený z kremíka, ktorý je všeobecne dostupný a dobre pochopený. S pribúdajúcimi a špecializovanejšími materiálmi používanými v solárnych paneloch stúpajú náklady na výrobu. Preto zvýšenie efektívnosti vedie k zvýšeniu nákladov.