ประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์โดยเฉลี่ย

ประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์คือการวัดปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ที่เซลล์แสงอาทิตย์แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนทั่วไปส่วนใหญ่มีประสิทธิภาพสูงสุดประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตาม แม้แต่ระบบสุริยะที่มีประสิทธิภาพ 15 เปอร์เซ็นต์ก็สามารถให้พลังงานแก่บ้านทั่วไปได้อย่างคุ้มค่า

พลังงานในแสงแดดมาในแพ็กเก็ตที่เรียกว่าโฟตอน โฟตอนเหล่านี้มีพลังงานในปริมาณเฉพาะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของพวกมัน เมื่อความยาวคลื่นลดลง พลังงานของโฟตอนจะเพิ่มขึ้น โฟตอนเหล่านี้กระตุ้นอิเล็กตรอนในเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งทำให้พวกมันไหลผ่านวงจร ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า เพื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนในซิลิคอน โฟตอนต้องการพลังงานอย่างน้อย 1.1 โวลต์อิเล็กตรอน โวลต์อิเล็กตรอนคือปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนผ่านความต่างศักย์หนึ่งโวลต์ ถ้าโฟตอนมีมากกว่า 1.1 อิเล็กตรอนโวลต์ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านวงจร แต่พลังงานส่วนเกินจะถูกปลดปล่อยออกมาเป็นความร้อน นี่เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพต่ำ พวกเขาต้องการพลังงานในปริมาณที่เฉพาะเจาะจงมากเท่านั้นจึงจะสามารถทำงานได้

ดวงอาทิตย์ให้พลังงานในปริมาณที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับว่าคุณอยู่ที่ไหนบนโลกและที่ใดบนท้องฟ้า โดยทั่วไปแล้วแผงโซลาร์เซลล์จะได้รับการจัดอันดับตามเงื่อนไขมาตรฐานที่เรียกว่า AM1.5 ย่อมาจากมวลอากาศ 1.5 ซึ่งเป็นเงื่อนไขการทดสอบที่ยอมรับสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ ที่ AM1.5 ดวงอาทิตย์ให้กำลัง 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตร อย่างไรก็ตาม พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่จริงจะแตกต่างกันไปตามสถานที่ สภาพอากาศ และช่วงเวลาของวัน

เพื่อให้เข้าใจถึงพลังของดวงอาทิตย์ เราใช้แบบจำลองของการแผ่รังสีที่เรียกว่าสเปกตรัมของวัตถุดำ สเปกตรัมของวัตถุสีดำบอกเราถึงการกระจายพลังงานของวัตถุที่ความยาวคลื่นต่างกัน จากสเปกตรัมของวัตถุสีดำ 23 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานจากดวงอาทิตย์มีความยาวคลื่นยาวเกินไปที่จะเป็นประโยชน์ต่อแผงโซลาร์เซลล์ โฟตอนเหล่านั้นก็จะผ่านเข้าไปในเซลล์ ความยาวคลื่นอื่นมีพลังงานส่วนเกินอยู่บ้าง อันที่จริง อีก 33 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานส่วนเกินที่ไม่สามารถนำมาใช้กับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนได้เช่นกัน ดังนั้นจึงเหลือเพียง 44 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานดวงอาทิตย์ที่มีให้กับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน พลังงานนี้สูญเสียไปเนื่องจากการสะท้อนกลับและกระบวนการอื่นๆ ในเซลล์เอง ดังนั้น แม้ว่าประสิทธิภาพสูงสุดตามทฤษฎีอาจสูงกว่า แต่ประสิทธิภาพที่แท้จริงของเซลล์ซิลิกอนมักจะอยู่ที่ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแผงโซลาร์เซลล์ เราสามารถปรับปรุงและกระจายวัสดุที่เราใช้ในการผลิตได้ วัสดุที่แตกต่างกันต้องการพลังงานโฟตอนในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ดังนั้นแผงไฮบริดจึงสามารถครอบคลุมค่าโวลต์ของอิเล็กตรอนได้หลายค่าเพื่อเพิ่มพลังงานที่จับได้มากที่สุด ปัญหาหนึ่งของวิธีนี้คือต้นทุนการผลิต แผงโซลาร์เซลล์มาตรฐานทำจากซิลิคอนซึ่งมีจำหน่ายทั่วไปและเข้าใจกันดี เนื่องจากวัสดุที่ใช้ในแผงโซลาร์เซลล์นั้นหายากและมีความเชี่ยวชาญมากขึ้น ต้นทุนการผลิตจึงสูงขึ้น ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพจึงมีต้นทุนเพิ่มขึ้น