อุณหภูมิส่งผลต่อแผงโซลาร์เซลล์อย่างไร?

เซลล์แสงอาทิตย์เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้า คุณสามารถนึกถึงเซมิคอนดักเตอร์เป็นชั้นว่างเหนือถังที่เต็มไปด้วยลูกบอลเด้งดึ๋งๆ ซึ่งลูกบอลนั้นเปรียบเสมือนอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์ ลูกบอลในถังขยะด้านล่างไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ไกลมากนัก วัสดุจึงเคลื่อนที่ได้ไม่ดี แต่ถ้าลูกบอลกระโดดขึ้นไปบนหิ้ง ก็สามารถม้วนได้ง่ายมาก วัสดุจึงกลายเป็นตัวนำที่ดี เมื่อแสงแดดส่องเข้ามาในเซมิคอนดักเตอร์ ก็สามารถยกลูกบอลออกจากถังแล้ววางบนชั้นวางได้ คุณคิดว่ายิ่งมีแสงแดดมากเท่าไรก็ยิ่งดี -- วางลูกบอลบนหิ้งมากขึ้น กระแสไฟจากเซลล์แสงอาทิตย์ แต่แสงแดดที่มากขึ้นก็อาจหมายถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นได้เช่นกัน และอุณหภูมิที่สูงขึ้นโดยทั่วไปจะลดพลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์

เมื่อแสงแดดส่องเข้ามาในโซลาร์เซลล์ มันจะเพิ่มพลังงานให้กับอิเล็กตรอน แต่อิเลคตรอนที่มีพลังเหล่านั้นไม่ได้ช่วยอะไรในเซลล์สุริยะเลย พวกมันต้องออกไป ดังนั้นเซลล์แสงอาทิตย์จึงได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมให้ชั้นวางทำมุมได้ ลูกบอลบนหิ้งกลิ้งลงมาอย่างรวดเร็ว หากคุณสร้างท่อจากขอบด้านล่างของหิ้งที่คดเคี้ยวไปจนถึงถังขยะด้านล่าง ลูกบอลจะไหลลงมาจากโซลาร์เซลล์และย้อนกลับ นั่นคือสิ่งที่จะเกิดขึ้นไม่มากก็น้อยเมื่อสายไฟฟ้าเชื่อมต่อกับโซลาร์เซลล์ อิเล็กตรอนถูกแสงแดดจับและผลักเข้าไปในวงจร

ในแง่ไฟฟ้า กำลังคือแรงดันคูณกระแส ปัจจุบันหมายถึงจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกผลักออกจากเซลล์แสงอาทิตย์ และแรงดันไฟฟ้าหมายถึง "การผลัก" ที่อิเล็กตรอนแต่ละตัวได้รับ เมื่อนึกย้อนกลับไปที่ถังและชั้นวาง กระแสคือจำนวนลูกบอลที่วางบนหิ้งในแต่ละวินาที และแรงดันไฟฟ้าคือความสูงของชั้นวาง

เมื่อพระอาทิตย์ส่องแสงมากขึ้น มันให้พลังงานแก่อิเล็กตรอนมากขึ้น - ยกลูกบอลขึ้นไปบนหิ้ง - แต่ชั้นไม่ได้สูงขึ้นเลย นั่นคือแรงดันไฟฟ้าที่ออกจากเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับวิธีสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ในขณะที่กระแสสูงสุดขึ้นอยู่กับปริมาณแสงแดดที่ดูดซับ แรงดันและกระแสยังขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ ด้วย หนึ่งในนั้นคืออุณหภูมิ

อุณหภูมิจะวัดว่าสิ่งของเคลื่อนที่ไปมากเพียงใด ในกรณีของเซมิคอนดักเตอร์ อุณหภูมิจะวัดว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ มากน้อยเพียงใดและตัวจับยึดอิเล็กตรอนเหล่านั้นเคลื่อนที่ไปมากน้อยเพียงใด เมื่อนึกถึงชั้นวางและถังเก็บลูกบอล เมื่อเซมิคอนดักเตอร์ร้อนขึ้น ราวกับว่าลูกบอลกำลังปั่นป่วนและกระเด้งไปมาในถังขยะ และชั้นวางด้านบนสั่นขึ้นและลง

ในโซลาร์เซลล์ที่ร้อน ลูกบอลจะกระเด้งไปเล็กน้อย แดดจะหยิบขึ้นมาแล้ววางบนหิ้งได้ง่ายขึ้น เนื่องจากชั้นวางมีการสั่นสะเทือนขึ้นและลง ลูกบอลจึงจะขึ้นไปบนหิ้งได้ง่ายขึ้น แต่เนื่องจากไม่สูงเท่าไร จึงไม่ม้วนเร็วเท่า กล่าวคือเมื่อเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอนร้อนขึ้น จะสร้างกระแสไฟมากขึ้นแต่แรงดันไฟลดลง น่าเสียดายที่กระแสไฟเพิ่มขึ้นเล็กน้อยและแรงดันไฟน้อยกว่ามาก ผลก็คือกำลังไฟฟ้าลดลง

แผงโซลาร์เซลล์ถูกสร้างขึ้นจากแผงโซลาร์เซลล์ทั้งหมดที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ผู้ผลิตหลายรายสร้างแผงต่างกัน ดังนั้นคุณอาจพบแผงโซลาร์เซลล์หนึ่งแผงที่มี 38 เซลล์ และอีกแผงหนึ่งมี 480 เซลล์ แม้จะมีความแตกต่างในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอน แต่วัสดุก็เหมือนกันมากหรือน้อย ดังนั้นผลกระทบของอุณหภูมิก็เกือบจะเหมือนกัน โดยปกติแล้ว พลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนจะลดลงประมาณ 0.4 เปอร์เซ็นต์ ในทุกองศาเซลเซียส (1.8 องศาฟาเรนไฮต์)

อุณหภูมิหมายถึงอุณหภูมิของวัสดุจริง ไม่ใช่อุณหภูมิของอากาศ ดังนั้นในวันที่มีแดดจัด จึงไม่ผิดปกติที่แผงโซลาร์เซลล์จะสูงถึง 45 องศาเซลเซียส (113 องศาฟาเรนไฮต์) นั่นหมายความว่าแผงที่มีกำลังไฟ 200 วัตต์ที่ 20 องศาเซลเซียส (68 องศาฟาเรนไฮต์) จะดับไฟได้เพียง 180 วัตต์เท่านั้น