Effektiviteten hos ett solcellssystem är mätningen av hur mycket av den tillgängliga solenergi som en solcell omvandlar till elektrisk energi. De flesta typiska kiselsolceller har en maximal verkningsgrad på cirka 15 procent. Men även ett solsystem med 15 procent effektivitet kan driva det genomsnittliga hemmet på ett kostnadseffektivt sätt.
Varifrån kommer energin?
Energi i solljus kommer i paket som kallas fotoner. Dessa fotoner bär en viss mängd energi beroende på deras våglängd. När våglängden minskar ökar energin hos en foton. Dessa fotoner exciterar elektroner i solcellen, vilket får dem att strömma genom kretsarna och skapa elektrisk ström. För att frigöra en elektron i kisel behöver en foton minst 1,1 elektronvolt energi. En elektronvolt är den mängd energi som behövs för att flytta en elektron genom en en-volts potentialskillnad. Om en foton har mer än 1,1 elektronvolt kommer en elektron att röra sig genom kretsen, men överflödig energi kommer att frigöras som värme. Detta är en av anledningarna till att solceller har så låg effektivitet; de behöver bara en mycket specifik mängd energi för att kunna arbeta.
Hur mycket kraft ger solen?
Solen ger en annan mängd kraft beroende på var du är på jorden och var den är på himlen. Solpaneler klassificeras vanligtvis under förutsättning att standardförhållandena kallas AM1.5. Detta står för luftmassa 1,5, vilket är det accepterade testvillkoret för solpaneler. Vid AM1.5 ger solen 1000 watt per kvadratmeter. Den faktiska tillgängliga solenergin varierar dock beroende på plats, väderförhållanden och tid på dagen.
Hur stor andel av solens kraft kan solceller använda?
För att förstå solens kraft använder vi en strålningsmodell som kallas blackbody-spektrumet. Blackbody-spektrumet berättar om energifördelningen av objekt i olika våglängder. Baserat på ett svart kroppsspektrum har 23 procent av solenergin en våglängd för lång för att vara användbar för solpaneler. Dessa fotoner kommer bara att passera genom cellen. Andra våglängder har lite överskottsenergi. Faktum är att ytterligare 33 procent av solens energi är överflödig energi som också är oanvändbar för kiselsolceller. Därför lämnar detta bara 44 procent av solens energi tillgänglig för kiselsolceller. Mer av denna energi går förlorad på grund av reflektion och andra processer i själva cellen. Medan den teoretiska maximala verkningsgraden kan vara högre är den verkliga effektiviteten hos kiselceller vanligtvis därför cirka 15 procent.
Hur ökar vi paneleffektiviteten?
För att öka solpanelens effektivitet kan vi förbättra och diversifiera det material vi använder för att göra dem. Olika material kräver en annan mängd fotonenergi för att producera ström. Därför kan hybridpaneler täcka ett antal olika elektronvoltvärden för att maximera den fångade energin. Ett problem med detta tillvägagångssätt är tillverkningskostnaderna. Standard solpanel är tillverkad av kisel, som är allmänt tillgängligt och välförstått. Eftersom materialen som används i solpaneler blir sällsynta och mer specialiserade ökar tillverkningskostnaderna. Därför kommer en ökning av effektiviteten att öka kostnaden.