Ефикасност фотонапонског система је мерење колико соларне ћелије расположиве соларне енергије претвара у електричну. Већина типичних силицијумских соларних ћелија има максималну ефикасност од око 15 процената. Међутим, чак и соларни систем са ефикасношћу од 15 процената може просечан дом напајати на исплатив начин.
Одакле долази енергија?
Енергија на сунчевој светлости долази у пакетима који се зову фотони. Ови фотони носе одређену количину енергије у зависности од њихове таласне дужине. Како се таласна дужина смањује, енергија фотона се повећава. Ови фотони побуђују електроне у соларној ћелији, због чега пролазе кроз кола, стварајући електричну струју. Да би ослободио електрон у силицијуму, фотону је потребно најмање 1,1 електрон волта енергије. Електронски волт је количина енергије потребна за покретање електрона кроз разлику потенцијала од једног волта. Ако фотон има више од 1,1 електрон волта, електрон ће се кретати кроз коло, али вишак енергије ће се ослободити као топлота. То је један од разлога што соларне ћелије имају тако малу ефикасност; потребна им је само врло одређена количина енергије да би могли да раде.
Колико снаге пружа Сунце?
Сунце пружа различиту количину енергије у зависности од тога где се налазите на Земљи и где се налази на небу. Соларни панели су обично класификовани под претпоставком стандардних услова познатих као АМ1.5. Ово значи ваздушну масу 1,5, што је прихваћени услов испитивања за соларне панеле. У АМ1,5, сунце пружа 1.000 вати по квадратном метру. Међутим, стварна расположива соларна енергија варира у зависности од локације, временских услова и доба дана.
Који проценат сунчеве моћи могу да користе соларне ћелије?
Да бисмо разумели сунчеву снагу, користимо модел зрачења који се назива спектар црних тела. Спектар црних тела говори нам о расподели енергије објеката на различитим таласним дужинама. На основу спектра црних тела, 23 процента сунчеве енергије има таласну дужину предугу да би била корисна за соларне панеле. Ти фотони ће само проћи кроз ћелију. Остале таласне дужине имају нешто вишка енергије. У ствари, још 33 процента сунчеве енергије чини вишак енергије који је такође неупотребљив за силицијумске соларне ћелије. Стога ово оставља само 44 процента сунчеве енергије на располагању силиконским соларним ћелијама. Више ове енергије се губи услед рефлексије и других процеса у самој ћелији. Стога, иако теоретска максимална ефикасност може бити већа, стварна ефикасност силицијумских ћелија је обично око 15 процената.
Како повећавамо ефикасност панела?
Да бисмо повећали ефикасност соларних панела, можемо побољшати и диверзификовати материјале које користимо за њихову израду. Различити материјали захтевају различиту количину фотонске енергије да би произвели струју. Према томе, хибридни панели могу да покривају низ различитих вредности електронских волта како би максимизирали заробљену енергију. Један од проблема овог приступа су трошкови производње. Стандардни соларни панел направљен је од силицијума, који је широко доступан и добро се разуме. Како материјали који се користе у соларним плочама постају све ређи и специјализованији, трошкови производње расту. Стога, повећање ефикасности доводи до повећања трошкова.